收藏本站
《北京化工大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

波纹管传热强化及其轴向承载能力研究

肖金花  
【摘要】: 现代工业的迅猛发展,以及日益严重的世界能源危机,使得能量有效利用技术越来越受到重视。波纹管由于具有强化传热效果,因此也被越来越多地应用于管壳式换热器中。但如今,有关波纹管的传热强化机理仍然不是十分清楚,波纹管内传热系数的计算没有比较精确的公式,波纹管换热器的强度设计也没有特定而明确的设计标准可依。因此,对波纹管传热强化性能及其轴向承载与变形能力的研究具有较高的理论价值和工程应用价值。 本论文首先对波纹管内不同粘度介质强制对流时的流动和传热特性进行了数值模拟和实验验证,重点研究了波纹管的强化传热机理和相对于直管的强化传热效果。通过分析不同流动条件下的流动现象以及局部传热系数的分布特点,发现波峰内出现的“涡”对波纹管的传热强化具有关键性作用;波纹管内流动从层流过渡到湍流时的临界雷诺数要比直管低;关于波纹管的强化传热效果,论文发现了波纹管在不同流动条件下相对于直管的最佳强化比和最佳传热强化区。通过研究波纹管的结构参数及管内流体的物性参数对其传热与阻力性能的影响,本论文还拟合出了波纹管内强制对流时的传热准则方程及摩擦系数关联式。通过这些关联式计算的结果和实验或数值模拟结果非常吻合。 其次,通过对波纹管套管换热器进行传热性能实验和数值模拟,本论文考查了波纹管对管外流体的传热强化特性。结果表明,对于本论文中研究的波纹管套管换热器模型,当管内外介质均为水且雷诺数相同时,管外的平均传热系数要显著低于管内,这说明波纹管套管换热器以管外传热控制为主;波纹管对其管外的传热具有明显的强化作用,相对于同样条件下的直管来说,最大强化比约为3;对波纹管套管换热器结构参数的研究则表明,从强化传热的角度来说,较小的套管内径及波纹管圆弧半径对强化传热更有利;为便于波纹管换热器的工程设计和应用,本论文根据正交试验设计和多变量线性拟合,还得到了波纹管套管换热器管内外介质均为水时管外强制对流的传热系数关联式,该无因次准数关联式较好地考虑了结构参数的影响,经实验或数值计算验证,其精度也在工程允许范围之内。 另外,本论文还通过实验应力分析和有限元数值模拟,对波纹管在轴向拉伸载荷作用下的强度进行了研究,讨论了波纹管中轴向和环向应力的分布特点,并与相同条件下的直管进行了对比。研究发现,由于波纹管结构的不连续性,管壁内的应力分布变得复杂,特别是环向应力变得比较显著。通过沿管壁厚度方向进行应力线性化处理,发现在轴向应力中出现了弯曲应力,其值甚至超过了轴向应力的平均值;此外,弯曲应力沿轴向有所变化,而平均应力基本不变。在对波纹管进行参数分析后,本论文拟合出了一个用于计算弯曲应力的简易公式,该公式为波纹管在工程应用中的强度评判提供了一定的便利。 最后,为确定波纹管的轴向刚度,本论文还对波纹管在轴向拉伸或压缩载荷作用下的轴向变形进行了有限元数值模拟和实验研究,并考虑了所有相关结构参数的影响。通过与相同条件下的直管进行对比分析,并定义“刚度削弱系数”K_f,本论文提出了波纹管轴向刚度的简易计算公式,该公式可用于在波纹管换热器的设计中计算波纹管的轴向变形。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB657.5

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈军;龙希军;;新型波纹管浮环机械密封在高温热油泵上的应用[J];炼油与化工;2007年03期
2 牛玉华;;第9版EJMA对圆形波纹管的修改内容介绍和分析[J];压力容器;2010年01期
3 张红霞;赵红利;赵玉梅;史秋月;夏建元;;汽车发动机回油管失效分析[J];焊接技术;2011年02期
4 黄孝斌;;喷吹站电子秤一例非电气故障的处理[J];梅山科技;2003年01期
5 程渭熊;;波纹管制造装置[J];仪表技术与传感器;1979年03期
6 冯士超;;介绍一种新型区域供热(供冷)用管道—双层波纹管[J];城市煤气;1981年06期
7 张彦清;王银惠;;Ф32mm双层软管的制造[J];仪表技术与传感器;1983年04期
8 包愈峻;东风_4型内燃机车使用的二波波纹管通过鉴定[J];内燃机车;1984年06期
9 周永安,但树明,周骏;压强控制器的研究[J];真空;1987年04期
10 李日昌;精密微型波纹管高温镍电沉积技术[J];仪表技术与传感器;1988年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐志明;杨善让;孙灵芳;;波纹管污垢特性的实验研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
2 王勇;吴冠原;尉伟;;RF高屏蔽波纹管真空室的设计与研究[A];中国真空学会五届三次理事会暨学术会议论文集[C];2002年
3 胡伟叶;周明;;腐蚀介质下1Cr18Ni9Ti薄壁波纹管失效模式分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年
4 孙维明;任怀平;蔡善祥;;高温烟气膨胀节爆裂原因分析与对策[A];第十一届全国膨胀节学术会议膨胀节设计、制造和应用技术论文选集[C];2010年
5 甄健;;PVC/SBS共混改性波纹套线管的研制[A];’2000中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集[C];2000年
6 李永生;;从失效案例看当前膨胀节行业中的若干问题[A];第九届全国膨胀节学术会议膨胀节实用技术精选集[C];2006年
7 张狄龙;邸小坛;陈中;;波纹管孔道的摩擦系数[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2010年
8 冯敏文;陈立苏;;ASTM F1120标准介绍[A];第九届全国膨胀节学术会议膨胀节实用技术精选集[C];2006年
9 铁强;;对薄壁波纹管管坯X射线检测的探讨[A];第九届全国膨胀节学术会议膨胀节实用技术精选集[C];2006年
10 栗虎;宋海萍;;高镍合金波纹管失效分析[A];第九届全国膨胀节学术会议膨胀节实用技术精选集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 李晓岩;传热强化:化工节能新技术[N];中国化工报;2005年
2 通讯员 周金龙 郭勇;加工波纹管节约成本见成效[N];中国铁道建筑报;2010年
3 马铭;走过风雨见彩虹[N];中国航天报;2007年
4 刘辉 记者 俏志元;波纹管生产项目落户剑阁[N];广元日报;2009年
5 韩姝 丛卓;“新兴佳波纹管”一期工程6月末试生产[N];铁岭日报;2008年
6 周茂林;塑料预应力波纹管生产线面世[N];中国化工报;2009年
7 徐志雄;两个“百新”的官司[N];江苏经济报;2007年
8 刘爱顺 陶兴华 杨顺辉;可膨胀波纹管试验成功[N];中国石化报;2006年
9 记者 刘林特约记者 黄立群 通讯员 潘晓东;娄庄全力做大“四大工业板块”[N];泰州日报;2008年
10 本报记者 王亚丽;高效换热器:把化工节能落到实处[N];中国化工报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖金花;波纹管传热强化及其轴向承载能力研究[D];北京化工大学;2006年
2 胡自成;表面活性剂水溶液池核沸腾传热强化的研究[D];江苏大学;2012年
3 朱卫平;波纹管非轴对称问题研究[D];上海大学;2001年
4 夏再忠;导热和对流换热过程的强化与优化[D];清华大学;2001年
5 王崧;纤毛状肋和插入物的传热强化研究[D];清华大学;1999年
6 杨立军;磁场作用下的对流换热及其场协同分析[D];清华大学;2003年
7 靳遵龙;换热网络多级综合策略研究[D];郑州大学;2007年
8 彭小飞;车用散热器中纳米流体高温传热基础问题研究[D];浙江大学;2007年
9 林恒;大型转炉炉体汽雾冷却机理及功效的研究[D];北京科技大学;2002年
10 邱庆刚;仿螺旋肋片内冷通道流动与换热特性研究[D];大连理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈玉堂;波纹管非线性有限元分析与软件开发[D];南京工业大学;2003年
2 高海涛;U型波纹管在扭转载荷作用下的稳定性研究[D];北京化工大学;2001年
3 史晓凌;U型波纹管在扭转载荷作用下的稳定性分析[D];北京化工大学;2003年
4 刘清;波纹管热网加热器失效研究[D];大庆石油学院;2003年
5 杨秀杰;圆弧切线波纹换热管传热强化性能和轴向刚度研究[D];北京化工大学;2008年
6 杨玲;膨胀节波纹管优化设计研究[D];西南农业大学;2003年
7 吴宏煜;波纹管膨胀节动力学特性的研究[D];南京航空航天大学;2003年
8 常阳;波纹管管坯高效加工技术的研究[D];沈阳工业大学;2003年
9 刘颖;U形波纹管膨胀节在弯矩载荷作用下的失稳特性研究[D];北京化工大学;2001年
10 孙存政;波纹换热管的研究与开发[D];北京化工大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026