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1、分類號(hào)學(xué)號(hào)D201177221學(xué)校代碼10487密級(jí)博士學(xué)位論文螺旋異型管強(qiáng)化傳熱數(shù)值研究及PIV實(shí)驗(yàn)分析學(xué)位申請(qǐng)人：劉佳駒學(xué)科專業(yè)：工程熱物理指導(dǎo)教師：劉偉教授答辯日期：2015年5月13日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringNumericalStudyonHeatTransferEnhancementofSpirallySpecial-shapedTubeandItsPIVExperimentAnaly
2、sisPh.D.Candidate:LiuJiajuMajor:EngineeringThermophysicsSupervisor:Prof.LiuWeiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,430074,P.R.ChinaMarch,2015獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)
3、。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□，在____________年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于不保密□。（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”）學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日日期：年月日本文工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金(51036003)、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2013CB
4、228302)和教育部博士點(diǎn)基金(20100142110037)的資助。華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要在世界能源危機(jī)、中國(guó)能源現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大背景下，發(fā)展節(jié)能技術(shù)，不僅有利于提供現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)力，改善人民生活質(zhì)量，更符合國(guó)家“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。管殼式換熱器作為一種通用設(shè)備廣泛應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)、特別是高能耗產(chǎn)業(yè)當(dāng)中。如果能大幅提高管殼式換熱器殼程與管程的對(duì)流換熱性能，同時(shí)不顯著地增加功耗，甚至減小功耗，將十分有利于節(jié)能降耗工作的展開。因此本文在基于最小耗散原理的強(qiáng)化傳熱過(guò)程優(yōu)化理論和對(duì)流換熱過(guò)程中的多場(chǎng)協(xié)同原理的支撐下，設(shè)計(jì)了新型的強(qiáng)化傳熱元件，使其在大幅
5、提高換熱性能的同時(shí)，流動(dòng)阻力增加不顯著；同時(shí)設(shè)計(jì)了新型管殼式換熱器，將這些新型傳熱元件應(yīng)用其中，并獲得了良好的綜合換熱特性。介紹了基于最小耗散原理的強(qiáng)化傳熱過(guò)程優(yōu)化理論和對(duì)流換熱過(guò)程中的多場(chǎng)協(xié)同原理，這是新型強(qiáng)化傳熱元件設(shè)計(jì)和研究的理論基礎(chǔ)。對(duì)于對(duì)流換熱過(guò)程而言，將換熱過(guò)程不可逆耗散與流體流動(dòng)過(guò)程中的功耗作為互為目標(biāo)函數(shù)與約束條件對(duì)換熱過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，可以得到具有單渦或者多渦結(jié)構(gòu)縱向旋流的管內(nèi)優(yōu)化速度場(chǎng)，結(jié)果表明，管內(nèi)形成單渦或多渦縱向旋流結(jié)構(gòu)能有效提高流體綜合對(duì)流傳熱特性。對(duì)流換熱過(guò)程中流體工質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的多物理量矢量場(chǎng)之間的協(xié)同關(guān)系，很好地揭示了流體換熱與流動(dòng)阻力之間的關(guān)系，解釋
6、了管內(nèi)強(qiáng)化傳熱與泵功損失的物理本質(zhì)。設(shè)計(jì)了兩種新型強(qiáng)化傳熱元件—深槽螺旋波紋管和橢圓偏心螺旋管，同時(shí)設(shè)計(jì)了應(yīng)用這些新型換熱管型的管殼式換熱器—采用螺旋波紋管的折流桿換熱器、采用螺旋波紋管的自支撐式管殼式換熱器以及采用橢圓偏心螺旋管的自支撐式管殼式換熱器，并對(duì)這些新型換熱管型和換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬研究。通過(guò)對(duì)深槽螺旋波紋管的數(shù)值模擬研究可以發(fā)現(xiàn)，深槽螺旋波紋管可以使其管內(nèi)流體形成整體縱向旋流，使管內(nèi)流體在大幅提高換熱性能的同時(shí)，流動(dòng)阻力增加不顯著。研究發(fā)現(xiàn)，深槽螺旋波紋管中流體傳熱與流動(dòng)的性能評(píng)價(jià)系數(shù)PEC值最高可達(dá)2.98，說(shuō)明管內(nèi)縱向旋流的形成能有效提高其綜合傳熱性能。對(duì)采用
7、深槽螺旋波紋管的折流桿換熱器研究發(fā)現(xiàn)，深槽螺旋管外壁面與折流桿共同作用能改變換熱器殼程流體的流動(dòng)形式，從而改變其傳熱與流動(dòng)性I華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文能。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的采用光管的折流桿換熱器相比，采用深槽螺旋波紋管的折流桿換熱器殼程流體傳熱與流動(dòng)的效能評(píng)價(jià)系數(shù)EEC最高可達(dá)1.35，說(shuō)明其具有良好的綜合強(qiáng)化傳熱性能。采用深槽螺旋波紋管的自支撐式管殼式換熱器殼程管束的固定與支撐并未采用額外的約束元件，使得殼程流體流動(dòng)的局部阻力大大減小。與折流桿換熱器相比，在相同殼程Reynolds數(shù)下，采用深槽螺
