能源是人類社會生存發(fā)展的重要物質基礎,合理有效利用能源、保護和改善生態(tài)環(huán)境,是我國發(fā)展所面臨的緊迫任務。管殼式換熱器適用性強,可靠性高,常作為傳熱的重要設備。但其換熱列管為光管,管壁處存在以導熱效應為主的粘性底層而使得換熱效果不理想,能源利用率低。因此,研究新型高效的強化換熱技術來提高換熱器的能源利用率,實現(xiàn)節(jié)能目的的意義重大。本文提出一種管內(nèi)采用導熱系數(shù)良好的微米顆粒多相流作為換熱介質來強化管內(nèi)對流換熱的方法。對顆粒粒徑為5μm,顆粒材料分別為石墨、Al₂O₃、Cu O,雷諾數(shù)Re范圍為7400～23000,顆粒體積分數(shù)分別為0.25%、0.5%、0.75%和1%的顆粒流的努塞爾數(shù)Nu和摩擦因子f進行了實驗研究。三種微米顆粒多相流的努塞爾數(shù)Nu明顯高于水介質。石墨顆粒流的努塞爾數(shù)Nu增幅最明顯,其次是Al₂O₃和Cu O。三種顆粒流的摩擦因子f均要高于水介質,Cu O顆粒流增幅最大,石墨顆粒流最小。三種顆粒流的綜合傳熱性能評價因子η均優(yōu)于水介質,其中石墨微米顆粒流的換熱效果最好,η因子最高達到2.... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

邊界層的形成與發(fā)展過程

微米顆粒多相流強化換熱機理及影響規(guī)律研究3大的區(qū)域產(chǎn)生流體擾動作用，從而降低該區(qū)域的傳熱熱阻，達到提高傳熱系數(shù)的目的。通過合理地提高熱交換器的單位體積的傳熱面積來增強傳熱效果，比如在換熱器上大量使用單位體積傳熱面積比較大的波紋管和翅片管等材料，使得熱交換器的單位體積的傳熱面積明顯提高，從而達到換熱設備高效、緊湊的目的。國內(nèi)外學者研究的和應用的提高換熱效果的具體技術總結如下：1.2.1異型管技術傳統(tǒng)的圓管或方管為單一截面形狀的直管，流體在管中流線軌跡為直線，介質在壁面處流動時對流強度不大，使得徑向方向的動量和能量的交換弱，導致?lián)Q熱效率低。于是開發(fā)出了各種復雜結構的異型管，該管壁有規(guī)律性的變化增強了管壁的對流強度和壁面擾動，提高了換熱效率。國內(nèi)外已研究出各種各樣的異型管，主要有螺旋槽管、橫紋管、波節(jié)管、扭曲管以及翅片管等，見圖1-2所示。(a)螺旋槽管(b)橫紋管(c)波節(jié)管(d)扭曲管(e)翅片管圖1-2異型管結構圖Figure1-2Structurediagramofshapedtube:(a)spirallyslottedtube;(b)transverselycorrugatedtube;(c)corrugatedtube;(d)twistedduct;(e)finnedtube.BhadouriyaR等[1]通過三維數(shù)值模擬和實驗研究了扭曲方管內(nèi)部氣流的傳熱和流阻特性。對均勻壁溫邊界條件，扭曲比為11.5和16.5，雷諾數(shù)Re范圍為600~70000的空氣進行了實驗。結果表明，從層流到湍流狀態(tài)，傳熱和壓降都得到顯著提高，直到雷諾數(shù)為9500，確定了層流到湍流的過渡點。與直角方管相比，扭曲比為11.5時，傳熱和壓降相對較高。同時，實驗結果發(fā)現(xiàn)：在雷諾數(shù)Re為100~100000范圍內(nèi)，由于次級流的強烈存在，扭曲方管在層流中表現(xiàn)良好，在湍流狀態(tài)中也有一

礱鰨珻RT和TT組合作用的效果要比單獨使用CRT的要好。與僅使用圓環(huán)湍流器CRT的相比，雷諾數(shù)，摩擦因子和綜合傳熱因子的平均值分別增加了25.8%，82.8%和6.3%，最高綜合傳熱系數(shù)為1.42。SmithE題組對內(nèi)插不同旋向、不同錯開形式、不同交替方式、不同翅片形狀等各種扭帶進行了大量的換熱性能實驗，得出了扭帶對摩擦因數(shù)及傳熱性能的影響規(guī)律，同時給出了不同類型扭帶的努塞爾數(shù)Nu的關聯(lián)式以及傳熱性能評價因子，為扭帶強化傳熱技術的選擇與工程應用提供了合理地參考依據(jù)。(a)普通扭帶(b)打孔扭帶(c)剪切扭帶(d)帶翼扭帶圖1-3扭帶結構圖Figure1-3Structureoftwistedtape:(a)typicaltwistedtape;(b)perforatedtwistedtape;(c)twistedtapewithalternateaxis;(d)twistedtapewithrectangularwings.PongjetP等[17]通過實驗研究了在恒定熱流條件下，在雷諾數(shù)Re范圍為4000~30000，扭率分別為4和5，三個翼片與風管高度比分別為0.1、0.15和0.2，四個翼片間距與扭帶寬度比分別為2、2.5、4和5以及小翼迎角為30°的方管內(nèi)裝有扭帶和小翼渦流發(fā)生器的傳熱特性和阻力損失特性進行了實驗。實驗結果表明，裝有扭帶和小翼渦流發(fā)生器的方管的努塞爾數(shù)Nu與摩擦因子f隨著翼片與風管高度比的増大而增大，隨著間距與帶寬比的減小而増大。當扭率為4，翼片與風管高度比為0.2，翼片間距與帶寬比為2時，傳熱和阻力損失最大，當扭率為4，翼片與風管高度比為0.1，翼片間距與扭帶寬度比為2時，綜合傳熱效果最佳。裝有扭帶和小翼渦流發(fā)生器的組合技術比裝單一扭帶技術的傳熱性能提高約17%。Patil和Babu[18,19]以水為換熱介質，冷水以逆流方式流經(jīng)內(nèi)部方管，熱水流經(jīng)圓形環(huán)。在層流狀態(tài)下，雷諾數(shù)Re為100~2100的范圍內(nèi)，在接近均勻的壁溫條件下，對內(nèi)插入變扭率（遞增和?

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3097723