非均勻熱流條件下螺旋管內(nèi)湍流對流換熱特性.pdf

1、槽式太陽能真空集熱器工作時(shí)其吸熱管表面熱流密度不均勻，壁面溫度梯度較大，導(dǎo)致吸熱管彎曲變形，甚至造成玻璃套管端部破裂，真空被破壞。強(qiáng)化吸熱管內(nèi)對流換熱可以是吸熱管管壁溫度更加均勻，減小吸熱管的變形。螺旋管內(nèi)的二次流具有強(qiáng)化傳熱的效果，且管內(nèi)流動(dòng)為螺旋型，能夠減小吸熱管壁面溫差。本文據(jù)此提出了一種新型的螺旋管式吸熱管，期望在太陽能高溫吸熱管上得以應(yīng)用。但是，關(guān)于非均勻熱流邊界條件下螺旋管內(nèi)流動(dòng)換熱特性的研究還不充分。因此本文通過數(shù)值計(jì)算的

2、方法對非均勻熱流邊界條件下螺旋管內(nèi)單相湍流換熱過程進(jìn)行分析，主要內(nèi)容如下：
　　1、建立螺旋管內(nèi)湍流對流換熱的數(shù)學(xué)物理模型，通過數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析得到：相同的Re數(shù)下非均勻熱流邊界條件時(shí)螺旋管截面周向局部Nu數(shù)小于均勻熱流邊界條件；當(dāng)Re數(shù)在13868~83208的范圍內(nèi)，非均勻熱流邊界條件下螺旋管內(nèi)湍流充分發(fā)展段的換熱系數(shù)比均勻熱流邊界條件低約10％；非均勻熱流邊界條件下螺旋節(jié)距對螺旋管內(nèi)湍流換熱系數(shù)的影響很??；螺旋管內(nèi)湍流換熱系

3、數(shù)隨著螺旋管半徑的增大而減小，且隨著Re數(shù)的增大，其減小的幅度增大，在計(jì)算的管徑范圍內(nèi)，減小幅度達(dá)到18%；在相同的Re數(shù)下，螺旋管內(nèi)湍流換熱系數(shù)隨著曲率的增大而增大。對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行擬合，給出了預(yù)測非均勻熱流邊界條件下螺旋管內(nèi)湍流對流換熱的關(guān)聯(lián)式。
　　2、基于流動(dòng)與換熱的場協(xié)同原理分析了螺旋管內(nèi)的對流換熱機(jī)理，結(jié)果顯示：兩種不同的熱流邊界條件下螺旋管內(nèi)平均場協(xié)同角隨Re數(shù)的增大而增大；且均勻熱流邊界條件下螺旋管內(nèi)平均場協(xié)同角小于

4、非均勻熱流邊界。非均勻熱流邊界條件下，螺旋節(jié)距對螺旋管內(nèi)平均場協(xié)同角影響可以忽略；相同的Re數(shù)時(shí)，螺旋管內(nèi)平均場協(xié)同角隨著曲率的增大而增大；螺旋管內(nèi)平均場協(xié)同角隨著螺旋管直徑的增大而增大。
　　3、根據(jù)模化理論設(shè)計(jì)了螺旋管內(nèi)流動(dòng)換熱以及阻力特性測試的實(shí)驗(yàn)裝置；為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)段均勻加熱與非均勻加熱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，實(shí)驗(yàn)段采用上下半周分別加熱，加熱功率可調(diào)；比較幾種制冷劑替代工質(zhì)對水的?；芰?，確定制冷劑R134a作為模化工質(zhì)。