螺旋流態(tài)化強化傳熱及碰撞除防垢的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、換熱設(shè)備作為化工行業(yè)最普遍的操作單元設(shè)備，換熱管內(nèi)結(jié)垢問題很大程度影響設(shè)備換熱性能。在綜合有關(guān)旋流場及流態(tài)化強化傳熱的研究基礎(chǔ)上，提出螺旋流態(tài)化復合強化傳熱技術(shù)。
　　首先，以液固兩相流及離散元理論為指導，模擬內(nèi)置螺旋流態(tài)化換熱管內(nèi)流場、換熱性能及固體顆粒濃度分布、磨損率等與強化傳熱相關(guān)的部分。通過正交因素法采用四因素三水平對螺旋流態(tài)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行組合，螺距20、40、60mm，外徑20、24、30mm，絲徑1、1.5、2mm，

2、顆粒濃度為2％、4%、6%。對換熱性能及除防垢能力進行深入分析并對螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)及顆粒體積濃度進行優(yōu)化，分析得到對除防垢能力影響最大的參數(shù)是絲徑，但需進一步對顆粒濃度分布及顆粒與壁面碰撞數(shù)等影響參數(shù)作機理分析。
　　其次，結(jié)合離散元顆粒計算理論與流體動力學，具體通過耦合EDEM-Fluent，獲得顆粒層面的詳細運動參數(shù)，將其與換熱性能及除防垢模擬結(jié)果進行正交分析，得到優(yōu)化螺旋流態(tài)化換熱性能的可行方法。由全局優(yōu)化算法擬合螺旋流態(tài)化除防

3、垢能力與顆粒細觀運動參數(shù)之間的定量關(guān)系，并完成對模型進行初步驗證。
　　最后，實驗研究螺旋流態(tài)化技術(shù)強化傳熱及除防垢性能。通過自主搭建管殼式換熱器綜合換熱實驗平臺，研究了螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)、顆粒體積濃度和顆粒粒度對換熱性能的影響以及對除防垢性能的定性影響。實驗結(jié)果表明：1）流態(tài)化顆粒對換熱性能影響顯著，螺旋流態(tài)化相比螺旋流換熱系數(shù)提高40%~50%，且螺旋流態(tài)化的換熱性能隨絲徑和外徑的增大而提高。2）對比3mm和5mm直徑流態(tài)化顆粒的換