粘性流体在光滑横管外壁形成液膜的机理研究

摘要

涂锌线管材大量用于制冷和空调设备,与镀铜线管材相比,涂锌线管材具有成本低、使用寿命长和无环境污染等众多优点.但是现有的涂锌工艺不仅使得表面涂层不均匀,而且能耗较高、附件损耗大.因此研究粘性流体在水平管外壁形成液膜的机理具有重要的理论和现实意义.该文采用低雷诺数小流量模型对粘性流体在水平管外壁形成液膜的流速以及膜厚分布进行分析和计算.分别采用两个特殊的正交曲线坐标系—柱坐标系和边界层坐标系,对连续方程和Navier-Stokes方程进行简化处理,抓住影响问题的主要方面,分别得到附壁膜流速的解析表达式和膜厚的一阶拟线性偏微分方程,利用特征线法求得了膜厚分布的数值解,并对两个坐标系下的求解结果进行了比较.此外对液膜的传热特性也做了一些分析,得到了温度分布曲线;并设计了高速线管材气旋均膜热涂锌设备搭建了试验台.该文的研究结果表明:在两个坐标系下求解得到的液膜分布规律是相同的,在某一确定的时刻,膜厚沿着管子周向逐渐增大;并且随着时间的推移,管外液膜厚度波动幅度加剧.由于管子半径很小,液膜厚度很薄,液膜的温度只是时间的函数而与所处的空间位置无关,并且温度变化曲线为一条指数曲线.

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外的研究和应用现状

1.2.1理论研究方面

1.2.2热涂锌技术的实际应用现状

1.3本课题研究的主要内容和目标

第二章粘性流体在光滑横管外壁液膜形成特性的理论研究

2.1粘性流体在光滑横管外壁形成液膜的物理模型分析

2.2柱坐标系

2.2.1粘性流体在光滑横管外壁形成的液膜流动在柱坐标系下的控制方程

2.2.2柱坐标系下液膜控制方程无量纲简化及分析

2.3边界层坐标系

2.3.1粘性流体在光滑横管外壁形成的液膜在边界层坐标系下的控制方程

2.3.2边界层坐标系下液膜控制方程无量纲简化及分析

2.4粘性流体在光滑横管外壁形成液膜的流动速度和液膜厚度求解

2.4.1柱坐标系下的液膜速度和液膜厚度求解

2.4.2边界层坐标系下的液膜速度和液膜膜厚求解

第三章粘性流体在光滑横管外壁面的液膜形成规律

3.1柱坐标系下液膜形成规律

3.1.1柱坐标系下特定特征线上液膜形成规律

3.1.2柱坐标系下特定时刻管外壁面周向所有位置处膜厚分布规律

3.2边界层坐标系下液膜形成规律

3.2.1边界层坐标系下特定特征线处液膜变化规律

3.2.2边界层坐标系下特定时刻管外壁面周向所有位置处膜厚分布规律

3.2.3管径和流体粘度对液膜分布的影响

3.3对两种不同正交曲线坐标系下求得的液膜分布规律的比较和分析

第四章高温粘性流体在管外壁形成液膜传热特性的研究

4.1集总参数法

4.2求解液膜温度表达式

4.3高温粘性流体在光滑横管外壁面形成液膜的温度曲线分析

第五章管材表面热涂锌膜形成的试验研究

5.1试验系统分析

5.2锌槽

5.3锌泵

5.4气刀装置

结论

参考文献

主要符号表

硕士期间发表的论文

致谢