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内置自旋弹簧换热管工作特性研究及管内液轮机流场分析

朱志彬  
【摘要】:本文对内置自旋弹簧换热管工作特性进行了试验研究并应用有限元数值计算方法对换热管内液轮机流场进行了模拟分析。首先设计了九种具有不同结构参数的弹簧试件,采用试验方法研究换热管内置入自旋弹簧的转动特性和流体阻力特性以及强化传热性能;通过对多组试验结果的比较分析,得出了无量纲参数D_1/S、D_1/D_0对换热管内自旋弹簧的转动特性和流体阻力特性的影响规律,并在大量试验数据的基础上归纳出一个换热管内自旋弹簧工作性能的综合评判准则——Lz准数。接下来提出了一种应用Matlab非线性回归分析与Wilson图解法修正相结合的数据处理新方法,用以由传热试验数据推求出换热管内流体给热系数关联式。 本文还采用了大型有限元分析软件ANSYS/FLOTRAN CFD模拟置入微型液轮机后换热管内流场的速度分布和压力分布情况,得出的结果与试验研究结果相符,验证了该方法的可靠性和关于微型液轮机的动力学研究成果。分析结果表明,利用有限元法来计算液轮机流场的流体阻力降的结果是可信,可以利用该方法预测换热管内液轮机流场的分布甚至可以代替部分试验。 Lz准数的归纳提出、Matlab非线性回归分析与Wislon图解法修正相结合的数据处理新方法的提出应用以及采用ANSYS有限元数值模拟探讨换热管内微型液轮机的流动问题是本文的创新点和亮点。本文所做的这些工作,可以为同类内插件的继续深入研究及工业生产应用提供有价值的参考。通过对内置自旋弹簧换热管工作特性的研究和管内液轮机流场的分析,有助于提高换热管的强化传热效果,对节能、降耗和环保等具有重要意义。


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