螺纹管内单相流动换热与污垢沉积的数值研究及优化设计

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1、分类号：：丁单位代码密级：学号：硕士学位论文中文论文题目：螺纹管内单相流动换热与污垢沉积的数值研究及优化设计英文论文题目：申请人姓名：付萍指导教师：朱华副教授专业名称：工程热物理研宄方向：强化传热传质技术所在学院：能源工程学院论文提交日期二〇一五年一月蜴纹管内单相流动換热与污垢沉积的数值研究及优化设计论文作者签名：萍指导教师签名：论文评阅人愈货评阅人浓评阅人评阅人评阅人答辩委员会主席暑委员一委员一委员一委员一委员答辩日期：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人巳经发表或撰写过的研

2、究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名签字日期年月丨日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将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、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字曰期：■年》月曰签字曰期年；月曰致谢青春如梦，岁月如歌，时间巳

3、在不知不觉间走过了几个寒署。两年前，怀着憧憬与期待，来到百年学府的浙江大学，如今已在这里度过了我重要的求学阶段。时间虽然不长，但是有足够多的人和事让我铭记，正是有这些实实在在的感动和经历，见证了我一点一滴的成长。在此，我谨向所有指导、帮助以及关心我的师长、同学、亲人和朋友们致以最真诚的谢意！首先，我要感谢我的导师朱华副教授、李蔚教授，两位老师在我的整个硕士期间的求学过程中，给予了我无徵不至的关怀和帮助，提供了很多不可多得的学习机会，如撰写项目申请书、完成不同类型的项目，使我从中收益颇多，这些都对我今后的学习和生活产生了重要的影响，在此向他们致以衷心的感谢。感谢美国卡内基梅隆大学姚诗训教授

4、，每年一次的到访都以他广博的学问知识与深厚的学术素养开拓我们的眼界，并给予我人生的鼓励。感谢李冠球大师兄，在繁忙的工作中仍然帮我修改论文，并提出自己独到的见解，为我的论文完成提供了很大的帮助。感谢课题组的李红霞师妲与张井志师兄在数值模拟方面给予我耐心、无私的帮助与指导。感谢课题组内的其他师兄、师姐、师弟、师妹，他们是：冯钊赞、王旭、郭思璞、黄丹、周斌、孙俭俊、宋亚超、周霄鹏、周刊、李俊业、陈景祥，感谢他们在学习和生活中给予我不同程度的鼓励和帮助，陪我度过了两年多的欢乐时光。感谢王旭光同学，在我研究生求学期间对我生活上的帮助，给我信心，勇气和力量，让我能够顺利完成学业。感谢陪我度过学生生涯

5、的所有同学与朋友，一路以来的相互扶持，让我勇敢坚强的走到今天。衷心感谢一直支持和鼓励我的家人，从我初入学堂至今，二十余载求学路，一直在背后默默支持着我，你们的支持使我能够放心前行，不管遇到什么磨难挫折，都能够安心应对，是你们无私的关爱和帮助使我在求学的道路上一直向前，真心的说一声，谢谢你们。付萍二零一五年一月摘要螺纹管作为一种采用粗糙表面强化技术来对换热器进行强化传热的无功强化元件，由于其高效的换热性能、较低的压降损失与大规模生产的低成本，在实际工程中的应用越来越广泛。然而以上的换热设备都存在不同程度的污垢沉积问题，结垢问题一旦发生，将给换热器的运行带来很大影响。本文以流动特性分析为基础

6、，结合质量平衡模型、冯卡门传热传质类比建立了螺纹管内污垢分析的数学模型，并通过数值方法讨论了螺纹表面几何参数对换热效果、流阻性能与污垢特性的影响。本论文主要工作如下：对根不同几何参数螺纹管的传热因子、摩擦系数等进行数值研究，通过对湍流模型的优劣比较与网格无关性验证，解决了选取合适的计算模型以及网格尺寸等数值模拟的关键问题，进而制定出详细的数值模拟方案，将模拟结果与相关实验数据进行对比，验证了论文所选取数值分析方法的准确性。根据质量平衡模型，结合冯卡门传热传质类比建立了传热表面污垢分析的数学模型。基于提出的数学模型对螺纹表面换热效果与污垢特性进行模拟分析，并与相关污垢实验数据进行对比验证，

7、本文所选取模拟方案与实验结果误差在士以内，具有一定的工程实用价值。对螺纹管的主要特征参数：螺纹形状、头数、升角、肋高等进行了一系列的数值研究，采用基于相同泵功的强化因子，从强化传热的角度评估了各个几何参数对管内换热效果与流阻性能的影响，并确定了本文所考虑的范围内最有利于强化换热的螺纹参数：螺纹形状宜采用矩形、梯形与顶端夹角较小的三角形；螺纹头数凡不宜过多，左右最佳；螺纹升角最宜为°°螺纹肋高在本文考虑的范围内越大越好。由于污垢会严重