烟气外掠螺旋槽管束磨损与对流换热特性的数值模拟

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1、烟气外掠螺旋槽管束磨损与对流换热特性的数值模拟NumericalSimulationonErosionandConvectiveHeatTransferCharacteristicsforFlueGasFlowingoverSpirallyCorrugatedTubes2014年06月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构

2、的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：旃与20f悔6月n日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提

3、供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密回。学位论文作者签名：孙子土。件年6月J＼日指导教师签弘·甲年＆月‘／日江苏大学硕士学位论文摘要螺旋槽管以其良好的强化传热性能广泛应用丁各种换热设备，用于锅炉尾部受热面时，含尘烟气会对换热管束产生磨损，严重影响锅炉运行的安全性、可靠性。因此，研究烟气外掠螺旋槽管束的磨损和换热特性，可为预测管束磨损及换热性能提供参考依据，对

4、指导螺旋槽管的工程应用具有十分重要的意义。本文利用计算流体力学软件Fluent对烟气外掠顺列螺旋槽管束的磨损特性进行数值模拟研究。基于气固两相流的离散相模型，将烟气视为连续相，颗粒相视为离散相，结合颗粒运动理论和随机轨道模型，构建了相应的气固两相流模型。根据颗粒与管束的冲蚀磨损机理，利用用户自定义函数引入最新的磨损方程，得到了颗粒在管束问的运动轨迹、管束磨损分布云图和磨损率。另外，本文还对烟气外掠螺旋槽管束的对流换热特性进行了数值模拟。基于烟气在螺旋槽管束问流场、温度、压力分布的计算结果，分析管束

5、结构参数与管外换热特性数Nu数及管外阻力特性数Eu数之间的影响关系。主要工作和成果如下：(1)对比分析烟气外掠螺旋槽管和光管管束的磨损差异以及螺旋槽管在减轻磨损方面的优势。结果发现，螺旋槽管外壁

6、二的螺旋槽对颗粒产生导流作用，缓解了部分颗粒的冲击，相同工况下，螺旋槽管管束磨损率比光管管束小10％左右。(2)研究气固两相流的流动参数对螺旋槽管束磨损特性的影响规律。烟气流速增大使磨损率显著上升，且使螺旋槽管减轻磨损的优势增大；颗粒浓度越高，碰撞几率越大，磨损越严重；颗粒直径影响磨损的大小和分布，平均粒

7、径为100pm的颗粒碰撞几率明显高于25gm的颗粒，两者最大磨损位置分别位于换热管士300和士40。圆心角附近。(3)考察换热管束的结构参数对螺旋槽管束磨损特性的影响规律。横向管间距增大，光管和螺旋槽管管束磨损率明显减轻，纵向管间距sdd分别为1．5、2时，螺旋槽管比光管磨损率分别降低12．】％和6．8％；纵向管问距增大，光管和螺旋槽管管束磨损率均小幅增加，横向管问距sam分别为2、2．5、3时，螺旋槽管比光管磨损率分别降低12．1％、10．2％、9．3％。螺旋槽管的螺距和槽深越大，颗粒对螺旋槽管

8、的磨损率越小，槽深不如螺距影响明显。(4)比较螺旋槽管与光管管外对流换热效果，分析螺旋槽管管外传热强化的原因。螺旋槽管外壁上的凹槽可以减薄壁面附近边界层，增加烟气湍流度，起到强化传烟气外掠螺旋槽管柬磨损与对流换热特性的数值模拟热的作用。相同工况下，螺旋槽管比光管管束外侧的传热特性数高7％．20．6％。(5)探究换热管束的结构参数与螺旋槽管外对流换热特性的变化关系。结果发现，增大横向管间距，螺旋槽管管外传热特性数减小，阻力也随之减小；随着纵向管间距的增大，管外传热特性数增大，管束受到的阻力也增大；加

9、大螺距、减小槽深均可增强换热效果，但阻力也增大。推荐slid取1．75．2，s2／d取1．5—1．75，P／d取0．625-0．75，e／d取0．01—0．02为宜。关键词：气固两相流；螺旋槽管；壁面磨损；对流换热：数值模拟II江苏大学硕士学位论文AbstractSpirallycorrugatedtubesarewidelyusedinvariousheattransferequipmentswiththeirgoodperformanceofheattransferenhanc