管内微米氧化镁颗粒污垢特性的数值模拟

摘要

管式换热器是以管壁为换热间壁的换热设备，已得到广泛的研究和应用。在其广泛应用下，强化换热技术也获得了高度重视和发展，但换热器内一旦有污垢生成就会大大降低换热效率，因此本文旨在通过欧拉-欧拉法建立管内水中微米颗粒污垢沉积的数学模型并进行管内颗粒污垢特性的研究，分析不同工况对颗粒污垢特性的影响。 首先，建立管内水中微米颗粒沉积的污垢模型，污垢模型包括沉积模型、剥蚀模型及污垢热阻模型，并参照相关文献完成实验验证，证明污垢模型的可行性。然后将建立的污垢模型转化为程序语言，通过UDF（用户自定义功能）外挂程序，运用CFD模拟计算圆管内浓度、入口速度和入口温度对污垢沉积率、剥蚀率和污垢热阻的影响，并进行理论分析。模拟结果显示，浓度和入口速度对微米颗粒污垢特性的影响较明显，入口温度对其污垢特性的影响较小。沉积率、剥蚀率以及污垢热阻均随浓度的增加呈正比递增的变化规律；沉积率、剥蚀率随入口速度的增加呈越来越快的增长趋势，但污垢热阻呈逐渐下降的趋势；沉积率、剥蚀率以及污垢热阻均随入口温度的增加呈基本不变趋势。 其次，依然采用上述数学模型，比较三种常见强化管的抑垢性能，选取抑垢效果最好的缩放管进行不同工况下微米颗粒污垢特性研究，并与圆管进行比较分析。模拟结果显示，抑垢性能由强到弱分别为：缩放管、波纹管、横纹管、圆管。且在其它工况不变的条件下，改变浓度、入口速度和入口温度，缩放管内微米氧化镁颗粒污垢特性和圆管相似，并且缩放管的结垢速率和污垢热阻渐近值均小于圆管。

目录

主要符号表

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2.1 颗粒污垢的研究

1.2.2 强化管的研究

1.2.3 研究现状简析

1.3 研究的主要工作内容

1.4 本课题的主要创新点

第2章 液侧微米颗粒数学模型的建立

2.1 控制方程

2.2 颗粒沉积模型

2.3 颗粒剥蚀模型

2.4 污垢热阻模型

2.5 湍流模型

第3章 物理模型及数值验证

3.1 建立物理模型及网格划分

3.2 数值方法及边界条件

3.3 网格无关性验证

3.4 计算方法验证

3.5 本章小结

第4章 圆管内颗粒污垢特性分析

4.1 浓度的影响

4.2 入口速度的影响

4.3 入口温度的影响

4.4 本章小结

第5章 强化管内颗粒污垢特性分析

5.1 几种强化管污垢特性的比较

5.2 缩放管内颗粒污垢特性及与圆管比较分析

5.2.1 浓度的影响

5.2.2 入口速度的影响

5.2.3 入口温度的影响

5.3 缩放管与圆管污垢特性比较分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢