滑油冷卻器強(qiáng)化換熱與阻力特性研究.pdf

1、換熱設(shè)備在核電廠、船舶動力系統(tǒng)中占有很大比重,提高換熱設(shè)備的換熱效率,使之具有高效節(jié)能的特點(diǎn)是當(dāng)前的一個重要研究課題。實(shí)現(xiàn)上述特點(diǎn)就要依靠傳熱強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用,而應(yīng)用什么樣的傳熱強(qiáng)化技術(shù)要取決于工質(zhì)的熱力學(xué)特性和流體力學(xué)特性。本文采用水冷卻68＃潤滑油的方式,研究了高粘性流體在一種新型針翅套管滑油冷卻器內(nèi)的傳熱與阻力特性。首先通過單管實(shí)驗(yàn),研究了影響針翅套管元件傳熱與阻力的主要因素,并對其傳熱強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了分析;然后在此基礎(chǔ)上制造針翅套管

2、滑油冷卻器,并對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究;通過與其它類型滑油冷卻器的比較,對針翅套管滑油冷卻器的綜合性能進(jìn)行了評價(jià);為了全面了解針翅套管元件內(nèi)的流動與傳熱情況,最后還用數(shù)值模擬的方法對其進(jìn)行了研究。得到的研究結(jié)果對針翅套管滑油冷卻器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用具有實(shí)際意義。本文的主要研究工作如下:
　　1.以高粘性潤滑油為工質(zhì),對新型復(fù)合強(qiáng)化傳熱元件—針翅套管元件進(jìn)行傳熱和阻力特性研究。探究它與普通流道的差別以及影響其性能的主要因素。建立針翅管針翅

3、傳熱模型,在等壁溫條件下對環(huán)形通道內(nèi)充分發(fā)展層流對流換熱問題進(jìn)行研究,分析針翅套管強(qiáng)化傳熱的機(jī)理,推導(dǎo)針翅套管換熱元件的優(yōu)化參數(shù)。另外,對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理,擬合針翅套管在進(jìn)行雙側(cè)強(qiáng)迫對流換熱時的傳熱與阻力實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。
　　2.對針翅套管滑油冷卻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,和相應(yīng)的單管進(jìn)行對比分析。水流量和油流量的分配不均、針翅管加工質(zhì)量以及管束效應(yīng)是導(dǎo)致單管和管束換熱存在差別的主要因素。研究水流量對針翅套管滑油冷卻器換熱效果的影響,并確定

4、了1＃針翅套管滑油冷卻器的最佳水流量范圍為18~22m3/h。對兩種針翅套管滑油冷卻器進(jìn)行了性能評價(jià),結(jié)果表明,它們的同功耗下強(qiáng)化指標(biāo)是對應(yīng)光滑套管滑油冷卻器的1.4~1.9倍,同時用“單位壓降下的單位體積釋熱率”這一參數(shù)對換熱器的綜合性能評價(jià)進(jìn)行了補(bǔ)充。
　　3.對自支撐式、套管式和板殼式滑油冷卻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,并將它們和實(shí)驗(yàn)用及工程用光管滑油冷卻器進(jìn)行對比分析。與光管滑油冷卻器相比,它們的換熱效果明顯提高,體現(xiàn)了小型化與高效化

5、的特點(diǎn),并對其油側(cè)換熱與阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析,得到的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式能較好的兼顧關(guān)鍵因素對滑油冷卻器換熱與流動特性的影響,在一定范圍內(nèi)可推廣使用。在Webb評價(jià)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上,以滑油冷卻器殼程(油側(cè))流動為研究對象,推導(dǎo)適合本實(shí)驗(yàn)研究的性能評價(jià)指標(biāo)計(jì)算公式,評價(jià)公式計(jì)算結(jié)果表明,針翅套管滑油冷卻器的綜合性能最佳,當(dāng)壓力損失和體積相同時,換熱量約為基準(zhǔn)滑油冷卻器的1.86~2.16倍。同時,還從加工工藝出發(fā),指出自支撐式滑油冷卻器在石油化工

6、等存在高粘性流體換熱的領(lǐng)域應(yīng)具有較好的應(yīng)用前景。
　　4.由于實(shí)驗(yàn)的方法存在成本高、效率低的缺點(diǎn),本文最后用數(shù)值模擬的方法對針翅套管元件進(jìn)行研究,探討這種方法對具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的針翅套管元件的可行性。通過模擬值與實(shí)驗(yàn)值的對比,表明二者的最大誤差在20％左右,從物理模型的建立、計(jì)算域的離散等方面分析了誤差來源。對計(jì)算域的溫度分布云圖、壓力分布云圖和速度矢量圖進(jìn)行分析,研究針翅套管元件強(qiáng)化傳熱的機(jī)理,由于針翅的擾動,增大了壁面處的溫度