论文摘要
近年来,能源利用的形势越来越紧张,节能减排工作逐渐受到人们的广泛重视,特别是开发高效强化传热技术来提高换热器的效率。扭曲管作为一种新型高效的强化传热管型,是以直圆管为基础,通过旋转扭曲而成。和直圆管相比,扭曲管可以明显地强化管程及壳程流体的传热,对于提高换热器的效率和节约能源有重要意义。因此,有必要对扭曲管的传热和流阻性能进行深入的研究。本论文在广泛阅读文献,对强化传热技术及强化传热管型的研究进展、现状进行详细论述的基础上,采用理论分析、数值模拟和实验测试相结合的研究方法,对扭曲管的管程及壳程传热和流阻性能进行了深入系统的研究,并根据得出的扭曲管传热准数拟合关系式开发了扭曲管换热器设计程序。本文主要研究工作包括以下几个方面:1.采用自制的单管性能实验平台和换热器性能测试系统,测定了直圆管、扭曲管以及扭曲管双壳程换热器的传热与流阻性能,并进行了对比分析。结果表明,扭曲管可以很好地强化管程流体的换热,虽然流动阻力相对于直圆管来说有所增加,但综合传热表现还是要优于直圆管。在实验Re数范围内,扭曲管相对直圆管的强化传热综合性能可以提高5%～50%。通过测试扭曲管双壳程换热器的传热及流阻性能,得到了扭曲管双壳程换热器在不同Re数下的传热与传质表现。通过对实验数据的整理,进一步得到了扭曲管管内及管外流体的传热准数拟合关系式。2.采用Fluent软件对扭曲管、椭圆管和直圆管的传热及流阻性能进行了数值模拟研究,得到了不同换热管在出口位置处的温度和速度分布等众多图形。研究结果表明,与直圆管和椭圆管相比,流体在扭曲管管内流动时,由于扭曲管的特殊结构,使得其管内流体在沿管程流动的同时可以产生垂直于主流方向的二次流,使得流体得以充分混合,从而强化了传热。扭曲管的扭程长度越小、压扁程度越大、管内流体的Pr数越高、Re数越小,扭曲管相对于直圆管的强化传热表现就越好。接着,建立了扭曲管换热器和直圆管换热器的物理模型并进行了壳程流体传热传质的数值模拟研究。结果表明,和直圆管换热器相比,扭曲管换热器也可以很好地强化壳程流体的传热。3.首次引入扭曲管单管实验及换热器实验中得到的扭曲管管内及管外的传热准数关系式,采用Visual Basic 6.0语言编写了扭曲管换热器设计软件主程序及其界面。根据本软件可以帮助换热器设计者选择合适的扭曲管换热器,来满足换热流体热负荷的要求。本论文通过对扭曲管管程及壳程传热和流阻性能进行实验与数值模拟研究,丰富了扭曲管的研究方法和理论研究体系,为今后进一步研究扭曲管及扭曲管换热器设计程序的优化提供了参考。
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标签：扭曲管论文; 直圆管论文; 强化传热论文; 扭曲管换热器设计程序论文;