同轴交叉扭带强化管内润滑油传热特性数值研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文同轴交叉扭带强化管内润滑油传热特性数值研究硕士研究生：刘小丫指导教师：丁铭教授学科、专业：核科学与技术论文主审人：范广铭讲师哈尔滨工程大学2018年03月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文同轴交叉扭带强化管内润滑油传热特性数值研究硕士研究生：刘小丫指导教师：丁铭教授学位级别：工学硕士学科、专业：核科学与技术所在单位：核科学与技术学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:Numericalstudyonheattransferenh

2、ancementofatubefittedwithcoaxialcrosstwistedtapesforoilCandidate:LiuXiaoyaSupervisor:DingMingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:NuclearScienceandTechnologyDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本

3、论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。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：年月日年月日同轴交叉扭带强化管内润滑油传热特性数值研究摘要滑油冷却器是一种应用广泛的传热设备，通常采用壳程强化来提高换热系数，其中典型代表是整体针翅管。但是整体针翅管存在漏油、绕流等问题，这会削弱强化传热效果，因此让润滑油走

5、管程。润滑油在管内流动时，其高粘性使油侧对流传热系数较小，进而导致了滑油冷却器体积较大。提高油侧对流传热系数能减小滑油冷却器的体积、节约成本，对船舶动力装置具有非常重要的意义。传统扭带对管内流体的层流对流换热具有良好的强化效果。基于传统扭带和场协同理论，本文提出了一种新型扭带——同轴交叉扭带（CCTT）。在同轴交叉扭带的基础上，为降低阻力，提出了规则间隔同轴交叉扭带（RS-CCTT）。为了进一步提高传热系数，结合第四代复合强化传热技术，提出复合型插入物——同轴交叉二扭带复合涡发生器（CCDTT-VG）。本文以同轴交叉扭带及其衍生物为研究对象，使用CFD软件STAR-CCM+，

6、对这些新型扭带强化管内润滑油的传热特性和流动特性进行了数值研究。同时，详细探讨了CCTT的扭率(y=2,3,4,∞)、RS-CCTT的间距率(s=0.5,1,2,3)、CCDTT-VG的扭率(y=2,3,4,∞)、倾斜角(α=0°,30°,60°)及涡发生器结构等因素对强化传热效果的影响。通过对润滑油的流线、速度场、温度场、局部对流传热系数、努塞尔数、阻力系数和评价准则数等的深入分析，探索了同轴交叉扭带及其衍生物强化管内润滑油传热的机理。此外，还将同轴交叉扭带及其衍生物的强化传热能力与光管和传统扭带的进行了对比分析。结果表明，在雷诺数为40~1050的范围内，同轴交叉扭带及其

7、衍生物能显著提高管内润滑油的对流传热系数。同轴交叉扭带及其衍生物的强化能力随着扭率的减小而增大，扭率为2时强化效果最好。当扭率为2时，传热管内插同轴交叉二扭带的评价准则数是传统扭带的1.15~1.42倍，内插复合型插入物的评价准则数则是传统扭带的1.14~1.54倍。通过对速度场及温度场的深入分析，发现同轴交叉扭带及其衍生物强化润滑油传热机理是提高了管内润滑油的速度，增大了近壁面处润滑油的温度梯度，进而减薄了热边界层的厚度。关键词：同轴交叉扭带；强化传热；评价准则数；滑油冷却器；数值模拟哈尔滨工程大学硕