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冲孔矩形翼涡流发生器颗粒污垢特性研究

耿晓娅  
【摘要】:污垢的存在具有广泛性和危害性,而涡流发生器作为无源强化换热装置,在换热设备中诱导涡旋产生二次流,促进主流区域和壁面边界层的混合来增加换热,同时也减缓了污垢的生成。矩形翼涡流发生器因其制作加工方便,在研究中得到了广泛的关注,在相同高度、宽度及迎流攻角的条件下,矩形翼具有相对优良的抑垢能力,但其流动阻力损失较大。本文旨在提高矩形翼涡流发生器的综合性能,采用污垢在线监测方法以纳米氧化镁颗粒为实验工质,冲孔矩形翼涡流发生器为研究对象,分析了其在矩形通道中的污垢特性和流动阻力特性。首先,对光板、未冲孔矩形翼涡流发生器及孔径r=1mm的冲孔矩形翼涡流发生器进行了实验研究。实验从污垢特性和流阻特性两个角度进行,结果表明:实验工质流经冲孔矩形翼涡流发生器时会形成射流,会增大对翼面背后区域的冲刷,因此在相同工况下,和未冲孔涡流发生器相比,冲孔矩形翼涡流发生器具有更好的抑垢效果;同时流动阻力损失也减小。在此基础上,进一步分析了不同开孔孔径、孔数及孔位置的情况下冲孔矩形翼涡流发生器的污垢热阻特性。实验结果表明:随着冲孔涡流发生器孔径的增大,污垢热阻渐近值降低,但降低的幅度变小;污垢热阻渐近值随着冲孔涡流发生器孔数的增加而降低,但是二者并不成同比例变化;冲孔位于外侧位置的涡流发生器的抑垢性能较优。其次,为研究不同工况对于冲孔矩形翼涡流发生器的污垢热阻特性的影响,实验从水浴温度、实验工质浓度以及工质流速三个方面进行。实验结果表明:随着水浴温度的升高,纳米氧化镁颗粒污垢热阻渐近值增加,而且结垢速率也增大;污垢热阻渐近值随着工质浓度的增加而增大,结垢速率有略微提升;随着工质流速的增大,污垢热阻渐近值和结垢速率均降低。


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