卧式换热管内铝制自旋扭带工作特性研究及流场数值模拟

摘要

换热管内自旋扭带不仅可以强化管内传热，而且具有在线防垢作用。本文对卧式换热管内铝制自旋扭带的转动特性和阻力特性进行了试验研究和数值计算，并对流场特性进行了数值模拟研究。本文提出通过数值计算并结合近似迭代法求出自旋扭带转速的方法。 扭带转速和扭带压降(流体与自旋扭带的摩擦力引起的压力降)的研究结果表明：扭带转速与流体流速成线性关系；扭带压降与流体流速的平方成正比；扭带转速方程斜率和扭带压降的理论计算值、数值结果均与试验结果比较吻合；扭带转速的主要影响因素是流体流速和扭带节距；扭带压降的影响因素是流体流速、扭带宽度和扭带节距。 流场的数值模拟结果表明：自旋扭带管内存在两股螺旋方向相反的螺旋流，而且在扭带两侧区域内明显有二次流旋涡；流体在扭带与管内壁环形区域的轴向速度比管中心区域的高；近管壁环形区域内流体的速度明显比空管的高，提高幅度为22％左右；自旋扭带管内流体的湍流动能比空管的大；自旋扭带管的压力降约为空管的两倍；自旋扭带管中，受流体推动力作用的扭带面及其附近区域的压力比其它区域的高。 另外，根据试验结果，运用非线性回归分析法拟合出扭带转速与扭带结构参数、自旋扭带压降与扭带结构参数的关联式。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1强化传热技术

1.1.1强化传热的意义

1.1.2强化传热的途径及分类

1.1.3强化传热技术的发展

1.2防除垢技术

1.2.1防除垢技术的意义

1.2.2污垢对换热设备的影响

1.2.3防除垢的方法

1.3计算流体力学简述

1.4内插物强化传热和防除垢技术研究

1.4.1扭带

1.4.2螺旋线圈

1.4.3螺旋弹簧

1.4.4液轮机

1.5研究课题简介

1.5.1课题来源

1.5.2研究的目的和意义

1.5.3本文主要工作

1.6创新点和亮点

第二章试验方法及试验数据处理

2.1试验系统

2.2自旋扭带装置

2.2.1自旋扭带的材料与结构参数

2.2.2换热管结构参数

2.2.3轴承架和钩头轴

2.2.4自旋扭带装置结构

2.3试验步骤

2.4试验数据处理

2.4.1基本参数及关系式

2.4.2回归分析法简述

2.4.3试验数据处理工具介绍

2.5本章小结

第三章数值模拟

3.1数值模拟工具

3.2数学模型及其解法

3.2.1控制方程

3.2.2计算方法

3.2.3边界条件

3.3模型参数、网格与计算工况

3.3.1模型参数及网格

3.3.2计算工况

3.4计算示例

3.4.1数值模型建立

3.4.2边界条件及求解控制参数的设置

3.4.3求解

3.4.4显示和输出计算结果

3.5本章小结

第四章转动特性分析

4.1 理论分析

4.1.1扭带转动微分方程

4.1.2扭带的转动力矩

4.1.3扭带转动的阻力矩

4.1.4扭带的转速

4.2试验结果分析

4.2.1转动特点

4.2.2扭带转速的关联

4.3数值计算

4.3.1计算依据

4.3.2计算方法

4.3.3计算举例

4.3.4计算结果

4.4扭带转速的理论计算值、数值结果与试验结果的比较

4.5扭带转速的影响因素

4.6本章小结

第五章阻力特性分析

5.1理论分析

5.2试验结果分析

5.2.1压力降特点

5.2.2扭带压降的关联

5.3数值计算

5.4扭带压降的理论计算值、数值结果与试验结果的比较

5.5扭带压降的影响因素

5.6本章小结

第六章流场特性的数值分析

6.1速度场分布

6.1.1速度矢量图

6.1.2轴向速度

6.1.3近管壁区域速度

6.2湍流动能分布

6.3压力场分布

6.4自旋扭带强化传热机理分析

6.5本章小结

第七章结论

参考文献

附录

致谢

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