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《华中科技大学》 2012年
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管内强化换热的理论和实验研究

郭剑  
【摘要】:管内强化换热技术广泛使用于各种工业领域中,传统的技术都是在经验方法上设计出来的,缺少一种有效的设计理论提供指导,因而存在很大的局限性。设计理论的缺乏也是强化换热研究领域目前面临的一个瓶颈,国内外众多学者都在努力寻找理论的突破。本文对管内强化换热的机理进行深入探讨,通过变分法推导出了速度场和温度场的优化设计方程。从方程的求解结果提出了指导流场设计的细分流场思路,有别于原来对流场进行整体扰动的传统强化换热思路。此外,本文也对管内插入物的减阻方式进行了研究,提出了减小迎风面积的减阻思路。分别以细分流场和减小迎风面积思路为指导,设计出了四对称涡发生器、中空扭带、单边扭带、锥形片和T形锥片等新型强化换热元件,对换热和阻力特性进行了数值分析和实验研究。通过数值模拟对单涡结构、螺旋扭带、四同向涡结构和四对称涡结构的对比发现,四对称涡结构具有最好的性能,从一定程度上验证了细分流场的适用性。在实验的雷诺数范围内(Re从5000到30000),四对称涡发生器的综合性能系数PEC为0.85到1.08.攻角和前后间距对换热和阻力都具有较大影响,攻角越大,前后间距越小,则换热和阻力也就越大。由于插入物的振动,在一定条件下会出现小攻角换热更强的特殊现象。通过数值模拟对中空扭带和窄边扭带的对比发现,两者都能够有效减小流动阻力,但是窄边扭带对换热效果也有较大削弱,导致综合性能下降。中空扭带比传统扭带的PEC值最大提高了14%,单边扭带的PEC值比中空扭带的略高。锥形片插入物也具有比较好的改进效果,实验测得,Re≈13000时其PEC≈1,Re≈17000时其PEC≈0.9,当Re继续增大时,PEC值随着雷诺数Re的增大而下降的趋势较快。T形锥片的PEC值随着雷诺数Re的增大而下降的趋势比锥形片有所减缓,在高雷诺数时能够保持较好的综合性能,可以和锥形片在不同雷诺数时补充使用。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK124

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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【共引文献】
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10 万金庆;李瑞阳;郁鸿凌;;EHD强化垂直管内凝结换热的可视化实验研究[A];中国制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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1 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
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1 徐承隆;基于汽车尾气热利用装置烟—水换热表面强化换热研究[D];上海工程技术大学;2014年
2 崔丽红;螺旋折流板换热器强化换热管内流动与传热特性的研究[D];西安建筑科技大学;2013年
3 马良;偏心旋流管强化换热的数值分析[D];华中科技大学;2013年
4 李明磊;低温余热回收利用强化换热技术及数值模拟研究[D];昆明理工大学;2011年
5 李俊超;燃气真空锅炉中换热管束的强化换热研究[D];郑州大学;2013年
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7 李燕;凹槽通道中层流脉动流动强化换热的实验研究[D];大连理工大学;2013年
8 张琴;溴化锂吸收式制冷机蒸发器与吸收器强化传热传质的研究[D];长安大学;2011年
9 黄灵敏;基于红外热像技术的周期性冲击射流强化换热研究[D];中国计量学院;2013年
10 乔慧芳;蒸发式冷凝器强化传热及强度分析[D];郑州大学;2008年
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