導(dǎo)熱油螺旋波紋管內(nèi)流動和傳熱特性研究

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1、博士學(xué)位論文導(dǎo)熱油螺旋波紋管內(nèi)流動和傳熱特性研究INVESTIGATIONOFHEATTRANSFERFLUIDININTERNALLYRIBBEDTUBES許衛(wèi)國哈爾濱工業(yè)大學(xué)2017年10月國內(nèi)圖書分類號：TK224學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621.18密級：公開工程博士學(xué)位論文導(dǎo)熱油螺旋波紋管內(nèi)流動和傳熱特性研究博士研究生許衛(wèi)國：導(dǎo)師陸慧林：教授申請學(xué)位工程：博士領(lǐng)域能源：與環(huán)保所在單位哈爾濱電：氣集團公司答辯日期201：7年10月11日授予學(xué)位單位哈爾濱工業(yè)大學(xué)：ClassifiedIndex:TK224U.D.C:621.18Dissertationfor

2、theDoctoralDegreeinEngineeringINVESTIGATIONOFHEATTRANSFERFLUIDININTERNALLYRIBBEDTUBESCandidate：XuWeigouSupervisor：Prof.LUHuilinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：EnergyandEnvironmentalProtectionAffiliation：HarbinElectricCorporationDateofDefence：Oct.11,2017Degree-Conferri

3、ng-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要以太陽能熱電系統(tǒng)的螺旋波紋管內(nèi)導(dǎo)熱油流動和對流換熱為研究對象，采用Thermional66導(dǎo)熱油作為傳熱媒體，選取D25×2.5和D19×2單頭螺旋波紋管和D28.8×7.3四頭內(nèi)螺紋管作為傳熱實驗元件，進行螺旋波紋管內(nèi)導(dǎo)熱油流動和對流換熱實驗，獲取螺旋波紋管導(dǎo)熱油流動阻力特性和對流換熱特性?；趩蜗嗔黧w力學(xué)和傳熱學(xué)理論，采用數(shù)值模擬方法，進行螺旋波紋管內(nèi)流動和傳熱的數(shù)值模擬，揭示螺旋波紋管傳熱強化的機理?；趯嶒灪蛿?shù)值模擬分析，展開導(dǎo)熱油螺紋管預(yù)熱器流體動力特性的研究。構(gòu)建了光管內(nèi)導(dǎo)

4、熱油的流動阻力與傳熱實驗系統(tǒng)的實驗臺架。在光管D19×2內(nèi)進行導(dǎo)熱油Therminol66的流動阻力和傳熱特性的驗證實驗。通過對光管導(dǎo)熱油的實測對流換熱系數(shù)和摩擦系數(shù)與經(jīng)典經(jīng)驗方程的比較發(fā)現(xiàn)，實驗值與計算結(jié)果相吻合，表明所建立的實驗體系、測量技術(shù)及實驗結(jié)果處理方法是準確合理的。實驗研究了D19×2和D25×2.5兩種不同直徑單頭螺旋波紋管（單頭內(nèi)螺紋管）中導(dǎo)熱油Therminol66的流動阻力與傳熱特性，發(fā)現(xiàn)隨著Re數(shù)增加，兩種單頭螺旋波紋管內(nèi)導(dǎo)熱油Therminol66的對流換熱系數(shù)增加、摩擦系數(shù)降低。在D19×2螺旋波紋管的實驗范圍內(nèi)導(dǎo)熱油摩擦系數(shù)是相應(yīng)光管的1.8～4.

5、0倍，Nu數(shù)是相應(yīng)光管的1.8～4.6倍。在D25×2.5螺旋波紋管的實驗范圍內(nèi)摩擦系數(shù)是相應(yīng)光管的1.9～3.2倍，Nu數(shù)是相應(yīng)光管的1.7～4.7倍?；趯嶒灁?shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，獲得單頭螺旋波紋管內(nèi)導(dǎo)熱油Therminol66的傳熱系數(shù)與摩擦系數(shù)的計算關(guān)聯(lián)式。實驗研究了直徑為D28.8×7.3的四頭螺旋波紋管中導(dǎo)熱油Therminol66的的對流傳熱特性和流動阻力特性，發(fā)現(xiàn)隨著Re數(shù)增加，四頭螺旋波紋管內(nèi)導(dǎo)熱油Therminol66的對流換熱系數(shù)增加、摩擦系數(shù)降低。與單頭螺旋波紋管的流動阻力與傳熱特性相比，四頭螺旋波紋管的對流換熱性能降低。在D28.8×7.3四頭內(nèi)螺紋管的

6、實驗范圍內(nèi)，導(dǎo)熱油摩擦系數(shù)是相應(yīng)光管的1.3～1.9倍。Nu數(shù)是相應(yīng)光管的1.05～1.67倍。統(tǒng)計分析實驗結(jié)果獲得四頭螺旋波紋管內(nèi)導(dǎo)熱油的摩擦系數(shù)與傳熱系數(shù)計算關(guān)聯(lián)式。應(yīng)用數(shù)值模擬方法，采用5種不同湍流模型，數(shù)值模擬螺旋波紋管內(nèi)導(dǎo)-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程博士學(xué)位論文熱油Therminol66的流體動力特性，得到導(dǎo)熱油的速度和溫度場分布。數(shù)值模擬表明螺旋波紋管內(nèi)螺紋引發(fā)縱向渦能有效降低徑向的導(dǎo)熱油熱阻，而且內(nèi)螺紋的流動導(dǎo)向作用產(chǎn)生導(dǎo)熱油離心力作用對導(dǎo)熱油摩擦阻力增加較少，所以使得導(dǎo)熱油形成縱向渦是螺旋波紋管換熱強化的有效辦法。單頭螺旋波紋管和四頭螺旋波紋管的局部流動和換熱特征

7、的分析表明單頭螺旋波紋管通過內(nèi)螺紋的湍流度而強化換熱，單頭螺旋波紋管具有較高綜合傳熱因子的原因是內(nèi)螺紋能夠有效地在壁面附近產(chǎn)生湍流度而強化換熱，同時產(chǎn)生的壓差阻力較小。四頭內(nèi)螺紋難以通過增加螺紋頭數(shù)增加湍流度，相反增加了導(dǎo)熱油的流動阻力。數(shù)值模擬分析了螺旋波紋管螺距、螺紋高度和螺紋頭數(shù)等對導(dǎo)熱油對流傳熱和流動壓降以及綜合傳熱性能的影響。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)螺旋波紋管螺紋高度的影響呈現(xiàn)非線性，減小螺紋高度，換熱性能和阻力降低，螺旋波紋管的綜合傳熱性能和基于場協(xié)同方法的協(xié)同角先降低后增加。螺旋波紋管螺距的影響呈現(xiàn)線