整体针翅管滑油冷却器强化换热及数值计算的研究

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1、分类号：TK124密级ＵＤＣ：编号工学博士学位论文整体针翅管滑油冷却器强化换热及数值计算研究博士研究生：牛广林指导教师：阎昌琪教授学位级别：工学博士学科、专业：核能科学与工程所在单位：核科学与技术学院论文提交日期：2011年12月论文答辩日期：2012年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:TK124U.D.C:ResearchonHeatTransferEnhancementandNumericalCalculationInvolvedinIntegralPin-finTubeOilCoolerCandida

2、te:NiuGuanglinSupervisor:Prof.YanChangqiAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpeciality:NuclearPowerScienceandEngineeringDateofSubmission:December,2011DateofOralExamination:June,2012University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者

3、本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有

4、关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日第一章绪论整体针翅管滑油冷却器强化换热及数值计算研究摘要在核电站中，轴承是不可或缺的重要部件，有效地延长轴承的使用寿命是确保核电设备持续、安全、稳定运行的基础。对轴承的润滑

5、，一般采用滑油将轴承产生的热量带出，通过冷却器得到合适的滑油温度后，重新进入轴承。因此，滑油冷却器对保障核电站的安全，起到重要作用，研究滑油冷却器的换热机理与强化特性，对提高整个核电系统的国产化率、提高核电设备可靠性，实现设备的小型化都具有重要意义。在工程中，滑油冷却器换热管大多数采用光管，存在传热效率不高、体积大、结构复杂的不足。本文在参考大量国内外资料基础上，选用了换热效果好的整体针翅管和光管组合在一起作为换热元件，充分利用针翅和光管管间可以自支撑的特点，设计为混合管束，结合工程实际情况，将壳侧滑油流动设计为双流程，管侧冷却水设计为

6、单流程。同时为了解滑油冷却器壳侧滑油的真实流动情况，在滑油冷却器两侧采用透明有机玻璃板，进行可视化实验研究。为弥补实验的不足，对滑油冷却器进行数值计算模拟研究。本文的主要研究工作和结果如下：1.本文以68#汽轮机润滑油为工质，对设计的新型滑油冷却器进行了大量实验研3究。通过实验发现：在润滑油进口温度55℃，冷却水进口温度24℃；油流量20.7m/h，32冷却水流量20m/h的设计工况下，其总传热系数达到420W/（m·K），单位体积换热3量达到1190kW/m。经过分析研究发现，滑油流速是影响滑油冷却器换热特性和阻力特性的主要因素；冷却

7、水温度和流速对滑油冷却器的换热性能也有一定的影响，但对阻力特性影响不大；滑油冷却器的放置方式对其传热特性影响很小；通过对实验数据分析与回归，得出实验关联式，可供工程设计人员使用。2.在此基础上，将新型滑油冷却器与双流程圆形滑油冷却器和单流程方形滑油冷却器实验结果加以对比。结果表明：新设计的滑油冷却器，在总传热系数和单位体积换热量都较高，换热性能优越，达到了强化传热和设备小型化的目的。在相同壳侧雷诺数下，新型双流程方形滑油冷却器与双流程圆形滑油冷却器相比，在设计工况下，前者的总传热系数是后者的1.1~1.3倍，单位体积换热量是后者的1.2

8、~1.4倍，方形比圆形布管更能使滑油冷却器进一步小型化；通过对相同横截面积的双流程滑和单流程油冷却器的对比发现：双流程总传热系数和单位体积换热量分别是单流程滑油冷却器的0.73~0.88倍和0.80~0.9