滑油冷却器强化传热实验研究及其优化设计

摘要

目前船用滑油冷却器一般采用光管作为换热元件，存在着传热效率低、体积大的缺点。为解决上述问题，本文在查阅大量资料并总结前人经验的基础上，设计了一种新型纵流式滑油冷却器，其选用整体针翅管和光管作为换热元件，并利用整体针翅管和光管管间自支撑制成混合管束，取消了以往折流板等支撑元件，从而有效减小了滑油冷却器的体积，提高了换热效率，并使滑油冷却器的制造安装更加便捷。 本文对新型滑油冷却器进行了大量实验研究。实验工质为68#汽轮机油，通过实验研究确定冷却水入口温度、冷却水流量以及进出油口布置等因素对新型滑油冷却器传热及阻力特性的影响。并重点与光管弓形折流板滑油冷却器进行了对比实验。为了研究新型滑油冷却器小型化的特点，引入“单位体积换热量”作为衡量换热能力的重要参数之一。实验结果表明：实验范围内，在相同油质量流量下，新型滑油冷却器单位体积换热量是光管弓形折流板滑油冷却器的1.6～2倍，壳侧压降只有光管弓形折流板滑油冷却器的30％～39％：综合性能k/ΔP是光管弓形折流板滑油冷却器的2.2～3.7倍。而在相同油质量流速时，新型滑油冷却器单位体积换热量是光管弓形折流板滑油冷却器的3.4～3.8倍，壳侧压降是光管弓形折流板滑油冷却器的1.3～1.5倍，总传热系数是光管弓形折流板滑油冷却器的1.8～2.0倍，综合性能k/ΔP是光管弓形折流板滑油冷却器的1.1～1.4倍。 本文将新型滑油冷却器的实验数据与以往整体针翅管弓形折流板及整体针翅管折流杆式滑油冷却器的实验数据进行对比，结果表明新型滑油冷却器的单位体积换热量最高，而压降相对较小，综合性能优越。 通过对实验数据的分析和回归得到了新型滑油冷却器的传热和阻力系数计算关系式。计算值和实验值符合较好。在实验研究的基础上，针对试验过程中发现的问题，本文对新型滑油冷却器结构优化及进一步研究提出了建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2强化传热技术的发展现状

1.2.1有源强化技术

1.2.2无源强化技术

1.3强化传热技术在滑油冷却器中的应用

1.3.1滑油冷却器自身特点及强化传热途径

1.3.2强化传热措施及其应用

1.4课题研究的意义及内容

1.5本章小结

第2章新型纵流式混合管束滑油冷却器设计

2.1新型纵流式混合管束滑油冷却器的提出

2.2新型纵流式混合管束滑油冷却器的研制

2.2.1流程的选取

2.2.2换热管束设计

2.2.3管板的设计

2.3工程应用设计

2.4本章小结

第3章实验装置及实验方法

3.1实验装置及实验元件

3.1.1实验装置

3.1.2实验元件

3.2实验台的建设、调试及改造

3.2.1实验台的建设

3.2.2实验台的调试

3.2.3实验台的改造

3.3实验方法及实验方案

3.3.1实验方法

3.3.2实验方案

3.4实验过程

3.5本章小结

第4章实验数据处理方法

4.1滑油冷却器换热量的计算

4.1.1油侧(壳侧)换热量的计算

4.1.2水侧(管侧)换热量的计算

4.1.3单位体积换热量的计算

4.1.4壁面散热量的计算

4.2传热系数的计算

4.2.1总传热系数的计算

4.2.2管内(水侧)传热系数的计算

4.2.3管外(油侧)传热系数的计算

4.3雷诺数与努塞尔数的计算

4.3.1管内雷诺数与努塞尔数的计算

4.3.2壳侧雷诺数与努塞尔数的计算

4.4流动阻力计算

4.5传热和阻力经验公式回归

4.6本章小结

第5章实验结果及其分析

5.1新型滑油冷却器与其它滑油冷却器性能对比

5.1.1新型滑油冷却器与光管滑油冷却器性能对比

5.1.2新型滑油冷却器与整体针翅管横流式滑油冷却器性能对比

5.1.3新型滑油冷却器与整体针翅管纵流式滑油冷却器性能对比

5.2新型滑油冷却器N的传热及阻力特性影响因素分析

5.2.1冷却水入口温度的影响及其分析

5.2.2冷却水流量的影响

5.2.3出油口布置的影响

5.3传热和阻力经验公式回归

5.4优化方案及展望

5.4.1优化方案

5.4.2展望

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢