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表面蒸发式空冷器流体诱导振动强化传热的研究

李安军  
【摘要】: 表面蒸发式空冷器是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的高效节能冷却设备,与其它换热器相比有很多优点,是空冷技术发展的新方向。应用流体诱导振动强化传热技术能够提高该设备的传热性能,而这一设备作为换热设备的一种,传统的传热直管结构的振动不能够被利用,只能够去防止。本课题提出把换热直管改为二维蛇形管结构,文中对它及直管形换热结构进行了研究。 首先介绍了流体诱导振动的机理,对传统的换热器的传热直管进行了非线性振动分析,分析结果显示传统消除振动的方法是增加刚性K_e的值,这并不能有效的解决流体诱导振动这一难题,因此这里采用减小刚性减小传热元件固有频率的结构,即采用二维蛇形管。 介绍了强化传热的强化的途径和方式,分析了振动强化传热机理。强化传热的方式有很多种,振动强化是其中之一,流体诱导振动强化传热属于有源强化传热技术,对这门技术的应用,无论在国内还是在国外都处于起步阶段;利用传热学基本原理分析了表面蒸发式空冷器的传热过程,传热计算的过程、内容和基本公式。 用ANSYS软件数值模拟了二维蛇形管和传热直管的振动情况,得出前十阶振型图,模型Ⅰ的固有频率范围为23.347~958.55Hz,频率在较低的范围内;模型Ⅱ的固有频率在287.67~11225Hz之间,频率值较高,且跨度较大,可见初始条件相同的条件下二维蛇形管的固有频率更低、振幅更小,这说明它更易于振动,振动不是十分激烈,有益于传热性能的提高。 最后,设计一台表面蒸发式空冷器模型,通过物理实验研究蛇形传热管的传热性能,分析实验结果,计算传热系数;同时,对鞍钢炼铁厂高炉工作区采用的表面蒸发式空冷器的传热系数进行计算,并加以比较,结果显示实验模型的传热系数要高于鞍钢应用的这台设备。


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