自转式转子强化传热实验与安全性研究

论文摘要

能源是人类生存和发展的原动力，在能源的利用过程中，80%以上的能量转换过程都是通过传热过程或者换热器换热来实现的,但是，就目前的国情来看，我国人均资源占有率及能源利用效率均明显低于其他发达国家。因此，节能和能源的高效利用仍然是我国当前的主要任务，而换热器作为能量转换过程中的一个关键设备，提高其换热效率是各项任务中的重中之重。本文首先对换热器强化传热机理进行了阐述，从理论上探究强化传热的技术的根本所在；其次，又介绍了现有的管程强化传热技术，分析其优缺点，从中得到借鉴。在此基础上，设计搭建了强化传热综合性能实验台，并利用此实验台针对不同结构、不同参数的转子进行了一系列实验研究，分析其传热特性以及阻力特性，与光管以及不同结构参数转子进行比较，采用工程中广泛应用的PEC评价标准对转子的综合性能进行评估，分析了转子结构参数的改变对强化传热综合效果的影响，以寻求最适合于工业应用的转子结构形式。从转子自身结构角度以及使用过程中出现的问题角度出发，分析了转子的安全性能及使用寿命。同时，对转子在换热管内的不同安装形式进行了实验分析。此外，本文还提出了一种新的转子连接方式，意在提高转子在使用过程中的安全性。本文还利用自行设计搭建的可视化实验平台对转子进行了扰流实验，直观地证明转子对管内流体的扰动作用的存在。最后，通过转速测定实验得出了转子的起转流速。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究背景
• 1.3 强化传热技术机理
• 1.3.1 平均传热温差
• 1.3.2 换热面积
• 1.3.3 传热系数
• 1.4 强化传热技术分类
• 1.4.1 异形管强化传热技术
• 1.4.2 内插物强化传热技术
• 1.5 强化传热研究方法
• 1.5.1 实验研究
• 1.5.2 数值模拟研究
• 1.5.3 理论研究
• 1.6 实验研究理论基础
• 1.6.1 边界层理论
• 1.6.2 场协同理论
• 1.7 本课题主要研究内容
• 第二章 强化传热实验装置
• 2.1 实验目的
• 2.2 实验原理
• 2.3 实验装置
• 2.3.1 测量仪表选型
• 2.3.2 水循环系统
• 2.3.3 管路保温措施
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 实验流程
• 2.4.2 实验步骤
• 2.5 实验数据处理方法
• 2.5.1 数据处理内容
• 2.5.2 数据处理步骤
• 2.6 光管验证实验
• 2.6.1 光管换热特性验证实验
• 2.6.2 光管阻力特性验证实验
• 2.7 本章小结
• 第三章 强化传热综合性能实验
• 3.1 实验对象
• 3.2 螺旋三叶片转子与叶片间断型转子
• 3.2.1 传热特性比较
• 3.2.2 阻力特性比较
• 3.2.3 综合性能比较
• 3.2.4 回归分析
• 3.3 不同结构参数叶片间断型转子
• 3.3.1 传热特性比较
• 3.3.2 阻力特性比较
• 3.3.3 综合性能比较
• 3.3.4 回归分析
• 3.4 螺旋阶梯与螺旋无阶梯转子
• 3.4.1 传热特性比较
• 3.4.2 阻力特性比较
• 3.4.3 综合性能比较
• 3.4.4 回归分析
• 3.5 螺旋两叶片转子与螺旋开槽两叶片转子
• 3.5.1 传热特性比较
• 3.5.2 阻力特性比较
• 3.5.3 综合性能比较
• 3.5.4 回归分析
• 3.6 导程对转子性能影响
• 3.6.1 转子导程对传热特性的影响
• 3.6.2 转子导程对阻力特性的影响
• 3.6.3 转子导程对综合性能的影响
• 3.7 外径对转子性能的影响
• 3.7.1 转子外径对传热特性的影响
• 3.7.2 转子外径对阻力特性的影响
• 3.7.3 转子外径对综合性能的影响
• 3.7.4 余隙率
• 3.7.5 回归分析
• 3.8 螺旋开槽两叶片转子与短螺旋开槽两叶片转子
• 3.8.1 传热特性比较
• 3.8.2 阻力特性比较
• 3.8.3 综合性能比较
• 3.8.4 回归分析
• 3.9 本章小结
• 第四章 转子安全性分析
• 4.1 故障率
• 4.2 转子结构分析
• 4.3 转子安全性能测试实验
• 4.3.1 实验条件
• 4.3.2 实验目的
• 4.4 实验结果分析
• 4.4.1 转子运转状况
• 4.4.2 转子参数变化
• 4.4.3 转子串脱落现象
• 4.4.4 挂件倒倾现象
• 4.4.5 转子磨损现象
• 4.5 本章小结
• 第五章 结构创新
• 5.1 首尾错开型转子
• 5.1.1 首尾错开型转子对传热特性的影响
• 5.1.2 首尾错开型转子对阻力特性的影响
• 5.1.3 首尾错开型转子对综合性能影响
• 5.2 入口效应研究
• 5.2.1 传热特性比较
• 4.2.2 阻力特性比较
• 5.2.3 综合性能比较
• 5.3 连接方式
• 5.3.1 传热特性比较
• 5.3.2 阻力特性比较
• 5.3.3 综合性能比较
• 5.3.4 结构改进
• 5.4 本章小结
• 第六章 冷态实验研究
• 6.1 可视化扰流实验研究
• 6.1.1 实验目的
• 6.1.2 实验装置
• 6.1.3 实验步骤
• 6.1.4 实验结果分析
• 6.1.5 实验结论
• 6.2 转子转速实验研究
• 6.2.1 实验目的
• 6.2.2 实验装置
• 6.2.3 实验步骤
• 6.2.4 实验结果分析
• 6.2.5 实验结论
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书