發(fā)布時間：2017-07-29 21:07

  本文關鍵詞：截面形狀及渦發(fā)生器對螺旋通道流體流動與傳熱特性的影響

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【摘要】：反應釜是化工生產(chǎn)中較為典型的工業(yè)設備,物料在反應釜內(nèi)發(fā)生物理或化學反應時,常常伴隨著放熱或吸熱的情況,為了保證最佳的工藝條件,需要控制釜內(nèi)溫度在一定的范圍內(nèi)波動。這就要求反應釜配備傳熱設備,一般在容器外部或內(nèi)部設置傳熱元件,常用的傳熱元件為夾套和內(nèi)盤管。由于整體夾套存在流動死區(qū),傳熱效果較差,常常難以滿足反應釜溫度控制的要求,而螺旋半圓管夾套、角鋼夾套、帶螺旋導流板的夾套、螺旋盤管等因流體在通道內(nèi)做螺旋運動,流動死區(qū)較小,并且由于離心力的作用,流體在螺旋通道內(nèi)產(chǎn)生二次流動,二次流減薄了邊界層的厚度,強化了傳熱。首先,為了探究最優(yōu)的螺旋夾套結構形式,本文數(shù)值研究了流體在6種不同截面形狀的螺旋通道內(nèi)的湍流流動特性,結果表明,截面形狀影響流體的流動特性,在截面積相等的條件下,圓形截面螺旋通道的壓力損失較小,而三角形螺旋通道的壓力損失較大；矩形截面螺旋通道內(nèi)發(fā)現(xiàn)了四渦結構,其余皆為二渦結構；渦量分析表明,三角形截面螺旋通道渦量值較大,而正方形截面螺旋通道渦量值較小。其次,在截面積和加熱面積相等的條件下,研究了半圓形、矩形、三角形3種截面形狀的螺旋通道的傳熱特性,結果表明,半圓形螺旋通道的傳熱效果較好,綜合性能也較好,場協(xié)同分析表明,半圓形截面螺旋通道內(nèi)流體的速度場和溫度場配合較好,協(xié)同程度較高,有利于傳熱；熵理論分析表明,半圓形截面螺旋通道的不可逆損失較小。然后,本文研究了渦發(fā)生器對半圓形螺旋通道流動與傳熱的影響,考察了球凸的大小及布置方式對流動與換熱的影響,并且比較了半圓形、圓柱形、圓錐形3種渦發(fā)生器的強化傳熱作用,但其綜合性能評價因子PEC值均小于1,表明湍流狀態(tài)下,流動阻力的增加值大于傳熱系數(shù)的增加值。因此,湍流狀態(tài)下,不宜采用這3種渦發(fā)生器提高半圓形螺旋通道的綜合傳熱性能。
【關鍵詞】：湍流 螺旋通道 截面形狀 渦發(fā)生器 強化傳熱
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ052
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 符號說明11-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 夾套內(nèi)流體流動與傳熱研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 螺旋通道內(nèi)流體流動與傳熱研究現(xiàn)狀14-18
• 1.4 縱向渦發(fā)生器18-19
• 1.5 場協(xié)同與熵增理論19-21
• 1.5.1 場協(xié)同19-20
• 1.5.2 熵增20-21
• 1.6 研究課題簡介21-23
• 1.6.1 課題來源21-22
• 1.6.2 本文所做的工作22-23
• 第二章 數(shù)值研究理論基礎23-30
• 2.1 流體控制方程23-26
• 2.1.1 連續(xù)性方程23-24
• 2.1.2 動量方程24-25
• 2.1.3 能量方程25-26
• 2.2 初始條件及邊界條件26
• 2.2.1 初始條件26
• 2.2.2 邊界條件26
• 2.3 傳熱控制方程26-27
• 2.4 耦合控制方程27
• 2.5 湍流模型27-29
• 2.5.1 標準k-ε模型27-28
• 2.5.2 RNG k-ε模型28
• 2.5.3 Realizabl k-ε模型28-29
• 2.5.4 SST k-ω雙方程模型29
• 2.6 本章小結29-30
• 第三章 不同截面形狀螺旋通道湍流流動特性30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 物理模型30-31
• 3.3 參數(shù)定義31-32
• 3.4 數(shù)值方法32-34
• 3.4.1 網(wǎng)格劃分32-33
• 3.4.2 湍流模型的選擇33-34
• 3.4.3 模型求解34
• 3.5 實驗方法34-37
• 3.5.1 實驗裝置34-35
• 3.5.2 實驗步驟35-36
• 3.5.3 實驗注意事項36
• 3.5.4 實驗數(shù)據(jù)處理36-37
• 3.6 數(shù)值方法與實驗方法分析37-39
• 3.6.1 數(shù)值結果與實驗數(shù)據(jù)的對比37-38
• 3.6.2 可靠性驗證38-39
• 3.7 結果與分析39-48
• 3.7.1 螺旋通道壓降分析39
• 3.7.2 歐拉數(shù)分析39-40
• 3.7.3 阻力系數(shù)分析40-41
• 3.7.4 速度場41-43
• 3.7.5 流線圖43-44
• 3.7.6 渦量分析44-45
• 3.7.7 速度場與壓力場協(xié)同分析45-47
• 3.7.8 湍動能分析47-48
• 3.8 本章小結48-49
• 第四章 不同截面形狀螺旋通道傳熱特性49-68
• 4.1 引言49
• 4.2 幾何模型及網(wǎng)格劃分49-50
• 4.3 數(shù)值方法50
• 4.4 數(shù)據(jù)處理50-52
• 4.5 模擬結果有效性驗證52-53
• 4.6 結果與分析53-67
• 4.6.1 傳熱特性分析53-56
• 4.6.2 綜合性能評價56-59
• 4.6.3 溫度均勻性59-61
• 4.6.4 場協(xié)同分析61-63
• 4.6.5 熵分析63-67
• 4.7 本章小結67-68
• 第五章 渦發(fā)生器對半圓形螺旋通道流動與傳熱的影響68-78
• 5.1 引言68
• 5.2 球凸大小對流動換熱的影響68-72
• 5.3 球凸布置方式對流動換熱的影響72-74
• 5.4 不同類型渦發(fā)生器的性能對比74-77
• 5.5 本章小結77-78
• 第六章 結論與展望78-80
• 6.1 結論78-79
• 6.2 展望79-80
• 參考文獻80-87
• 致謝87-88
• 攻讀碩士期間發(fā)表學術論文88

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本文編號：591078