插入扰流元件换热器换热特性数值模拟.研究

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1、娄料技太学学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。I‘学位论文作者签名汐砻厕墒坦期：伽7．口s．心．学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，郎：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印

2、件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位做作者签名矗风L指删币繇溯形鲇叩年厂月肜日1绪论1．1本课题的研究背景及实际意义随着工农业的日益发展和人们生活的不断提高，人类对能源的需求量也越来越大，而与此同时，人类正面临着全球能源日益枯竭的威胁和环境污染日益严重的问题，能源紧张已成为世界性重大问题之一，开发新能源和节约能量消耗已引起世界各国的普遍关注【11

3、。特别是从二十世纪70年代初发生能源危机以来，世界各国都纷纷寻找新的能源及节约能源的途径，设计和制造各类高性能的换热设备是经济地开发和利用能源最重要的手段，而且换热设备是开发利用和节约能源最有效的设备，在传热和余热的回收中，它被广泛地应用于工程的许多领域，因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视。例如，制冷、低温、化工、航空、自然能源利用、自动车、空调等。它不仅是保证工程设备正常运转、保证整个系统性能良好不可缺少的部件，而且其制造和运行费用在整个工程中占有重要份额。据统计，在热电厂中，如果将锅炉也作为换热设备，则换热器的投资约占整个电厂总投资的70％左右，在一般

4、的石油化工企业中，换热器的投资要占全部投资的40％'-'50％，在现代石油化工企业中约占30％"-'40％，在制冷空调系统的四大部件中有两件是换热器【2】。因此，提高换热设备的效率是至关重要的，研究出效率高、重量轻、体积小、价格低的换热器对于节约资金、节省能源有着十分重要的意义。正是基于这种背景，换热器的研究一直是一些工程领域特别是制冷空调领域中一个非常活跃的研究方向。为了节能降耗，提高工业生产经济效益，各个工业领域对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高。这些年来，开发适用于不同工业过程要求的高效换热设备及研究其换热机理已成为人们关心的课题。在研究投入大、人力资源配备充足

5、的情况下，一批具有代表性的高效换热器和强化传热元件诞生。随着研究的深入，工业应用取得了另人瞩目的成就，得到了大量的回报，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T形翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热学专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧张状况。1．2国内外的发展现状1．2．1管式换热器的类型及其传热机理管式换热器是当今应用最广泛的换热设备，它具有较高的可靠性和简单易用性。特别是在较高参数的工况下，管式换热器更显示了其独特的长处。目前提高该类换热器性能所做的研究主要是强化换热、适应高参数和各类有腐蚀介质的耐腐蚀材料以及为大型西安科技大

6、学硕士学位论文化的发展所做的结构改进。其中强化换热成为各国提高这类换热设备性能的主要研究方向，提高对苛刻生产工艺条件和腐蚀介质下适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所做的改进【3J。到目前为止，世晃范围内已经出现了多种不同的管式换热器，在这些管式换热器中，根据换热管形状和强化传热机理的不同，可分为表面粗糙管、翅片管、内插件管、表面多孔管等类型。螺纹管、横纹管、螺旋槽管和波纹管是目前应用较为广泛的几类表面粗糙管。螺纹管又称低肋管，主要是靠管外肋化扩展，一般用于管内给热系数比管外给热系数大l倍以上的场合。对于管外有相变流体的传热，由于表面张力作用，也有较好的强化作用

7、。下面对这几种管式换热器逐一进行讨论【4J：(1)横纹槽管是一种双面强化管。管内表面形成环形凸肋，外表面是相应的环形凹槽。流体流过这些凸肋和凹槽时沿整个截面产生轴向涡流群，造成边界层的分离而减薄其厚度，从而强化传热。(2)螺旋槽管外表面形成连续的螺旋形凹槽，内表面形成螺纹状的凸起，凹槽和凸起与管轴线呈一定的螺旋角，有单程和多程螺旋等类型。流体流经时由于螺旋槽对近壁处流动的限制作用，使管内流体做整体螺旋运动产生局部二次流，加之螺旋槽所导致阻力产生的逆向压力梯度，造成边界层的分离而强化传热。(3)波纹管是在