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圆管内三角翼涡流发生器CaCO_3污垢特性的数值模拟

贺姗姗  
【摘要】:换热设备结垢将直接影响能源的转换率和利用率,因此污垢的存在具有严重的危害。无功强化换热元件——涡流发生器,通过诱导流体产生涡旋运动来达到强化换热的目的,其结构简单,得到广泛的研究和应用。本文旨在研究涡流发生器的综合特性,采用CFD软件模拟研究了管内三角翼涡流发生器的换热特性、流阻特性和CaCO_3污垢特性,考察了涡流发生器排列间距、攻角、翼长及夹角对污垢热阻的影响。参照相关文献的光管实验结果验证了污垢模型的可靠性。模拟结果显示,在涡流发生器翼片两侧产生了两个对称的运动方向相反的涡旋,且装有涡流发生器的强化管的污垢热阻小于光管的污垢热阻,说明涡流发生器对壁面边界层的扰动可有效抑制污垢的沉积。渐近污垢热阻随间距的增加而增大,且增速逐渐变缓;渐近污垢热阻随攻角先增加,在90°时达到最大值,然后随攻角的增加再减小;渐近污垢热阻随翼长的增加而减小,且减小的速度逐渐增大;渐进污垢热阻随夹角的增加而减小,且减小趋势逐渐变缓。同时研究了工况对管内三角翼涡流发生器污垢特性的影响,在确定的三角翼涡流发生器结构下,考察了工质浓度、入口速度、壁面温度、入口温度对污垢沉积率、剥蚀率和污垢热阻的影响。模拟结果显示,工质浓度和入口速度对污垢特性的影响较明显。沉积率、剥蚀率以及污垢热阻均随工质浓度和壁面温度的增加呈递增的变化规律;沉积率、剥蚀率随入口速度的增加呈逐渐增长的趋势,污垢热阻呈逐渐下降的趋势;沉积率随入口温度的升高出现微小增加,剥蚀率和污垢热阻随入口温度的升高变化不明显,说明入口温度对污垢沉积特性的影响较小。


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