螺旋槽管傳熱與流阻性能及污垢性能的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著化工、石油、輕工等過(guò)程工業(yè)的迅猛發(fā)展,以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)和社會(huì)問(wèn)題日益加劇,能源緊張的狀況越來(lái)越烈,為緩和能源緊張狀況,世界各國(guó)都在尋找新能源和節(jié)能新途徑。換熱器作為換熱的重要設(shè)備,廣泛應(yīng)用于冶金、動(dòng)力、核能、制冷、石油化工、航空航天等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中。隨著強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展,各種強(qiáng)化傳熱技術(shù)被廣泛應(yīng)用于換熱設(shè)備中,尤其是各種強(qiáng)化管的廣泛應(yīng)用。螺旋槽管是高效強(qiáng)化管之一,以其優(yōu)良的雙面強(qiáng)化傳熱和良好的機(jī)械加工性能而優(yōu)越于眾多傳熱元

2、件,引起了世界各國(guó)的高度重視和廣泛研究。盡管很多學(xué)者對(duì)螺旋槽管進(jìn)行了大量的研究,然而螺旋槽管的強(qiáng)化傳熱機(jī)理和抗結(jié)垢能力至今不明朗。
　　 鑒于此,本文運(yùn)用基于有限體積法的FLUENT軟件,對(duì)光管和螺旋槽管進(jìn)行單管管內(nèi)單相流傳熱與流動(dòng)過(guò)程的三維數(shù)值模擬研究,準(zhǔn)確的描述了螺旋槽管的管內(nèi)流動(dòng)情況和換熱情況,從微觀的角度揭示了螺旋槽管的強(qiáng)化傳熱機(jī)理,分析了螺旋槽管的結(jié)構(gòu)參數(shù)(槽深e、槽距p、槽寬6、頭數(shù)n)、雷諾數(shù)Re、流體的物性等主要

3、影響因素對(duì)螺旋槽管傳熱性能及流阻性能的影響規(guī)律,并根據(jù)模擬結(jié)果回歸出管內(nèi)對(duì)流傳熱及流阻準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。同時(shí),還對(duì)光管和螺旋槽管的抗結(jié)垢性能進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,分析了螺旋槽管的結(jié)構(gòu)參數(shù)(槽深e、槽距p、槽寬6)、雷諾數(shù)Re、顆粒直徑等主要影響因素對(duì)螺旋槽管污垢性能的影響規(guī)律。論文得出的主要結(jié)論如下:
　　 1、傳熱性能及流阻性能
　　 (1)換熱管的Nu、f模擬結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果非常吻合,運(yùn)用Fluent軟件對(duì)換熱管進(jìn)行換

4、熱及流阻性能的數(shù)值模擬研究是可行的,可滿足工程要求。
　　 (2)采用Fluent軟件很好的模擬了螺旋槽管的管內(nèi)流動(dòng)特征與傳熱特性,從微觀的角度上揭示了其強(qiáng)化傳熱機(jī)理。由數(shù)值模擬所得到的結(jié)論與學(xué)者們的實(shí)驗(yàn)研究所得到的結(jié)論相一致,這為螺旋槽管換熱器的數(shù)值模擬研究奠定基礎(chǔ)。
　　 (3)同等條件下,螺旋槽管的K、Nu、ΔP、f都隨著槽深e的增大而增大、槽距p的增大而減小、槽寬b的增大而減小、頭數(shù)n的增大而減小。Nu隨著Re的

5、增大而增大,f隨著Re的增大而減小。
　　 (4)相同條件下,Nu與工作介質(zhì)的物性參數(shù)有關(guān),工作介質(zhì)的粘度小時(shí)螺旋槽管的強(qiáng)化傳熱效率更高,阻力系數(shù).廠與工作介質(zhì)的物性參數(shù)無(wú)關(guān)。
　　 (5)所有螺旋槽管的努賽爾數(shù)Nu都大于光管,其強(qiáng)化傳熱效果隨著螺旋槽管結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同而有所不同,所有螺旋槽管的阻力系數(shù)f都大于光管。對(duì)于槽深較深、槽距和槽寬較小的螺旋槽管,其Nu可達(dá)光管的2倍,同時(shí)阻力系數(shù)f可達(dá)光管的10倍,管內(nèi)的強(qiáng)化傳熱

6、是以阻力為代價(jià)的。
　　 (6)根據(jù)模擬結(jié)果回歸出螺旋槽管無(wú)相變時(shí)管內(nèi)冷卻對(duì)流傳熱努塞爾數(shù)Nu、阻力系數(shù)f的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。
　　 2、污垢性能
　　 (1)光管管內(nèi)局部結(jié)垢比較嚴(yán)重,而螺旋槽管相對(duì)較優(yōu)。
　　 (2)在主流區(qū),光管與螺旋槽管結(jié)垢情況相差不大；但在近壁區(qū),光管的結(jié)垢情況明顯比螺旋槽管嚴(yán)重,且在螺旋槽的背流區(qū)比來(lái)流區(qū)更容易結(jié)垢。
　　 (3)光管的結(jié)垢情況受重力影響較大,光管的底部最容易