文档介绍：毕业设计(论文)题目:管内单相流动强化换热数值分析
摘要:管片式换热器广泛应用于化工、空调、制冷等领域,为了提高换热器的换热能力,通常在管肋上设置各种不同形式的粗糙元,如百叶窗、、增加流体扰动来达到强化换热的目的,在增强换热的同时阻力也有很大增加[20].能源与材料费用的不断增长推进了高效节能换热器的发展。管内对流换热在工程上有广泛的应用。为提高管内对流换热,可采用不同方法,如扭曲带,翅片等。以热法海水淡化为应用背景,以圆管内液态水与管壁对流换热为研究对象,设计管内冷却与管外降膜蒸发物理模型,采用Fluent软件进行数值模拟,比较不同强化传热手段对蒸发量大影响。
关键字:极限换热率强化传热,数值模拟,对流换热
一、研究的意义
管壳式换热器是工业中应用最广泛、运用可靠性良好的一种换热设备。传热率对热力系统来说极为重要, 长期以来人们采用各种手段来提高传热率。提高传热率一方面是许多热力系统提高工作性能的客观要求;另一方面, 对温差传热这一不可逆过程来说, 提高传热率就意味着能减小所需要的温差, 从而减小不可逆损失, 抑制热能传递过程中的能量品质降低。因此, 寻求愈来愈高的换热系数是强化传热研究领域的主要目标。对于对流换热过程, 人们多年来一直是从边界层理论着眼, 采取各种方法减薄或者破坏边界层, 以达到强化换热的目的。相对于光滑通道而言, 各种强化方法都能够在一定程度上使换热率有所提高。那么换热率有没有极限呢?
对热力循环过程, 卡诺定理指出, 工作在高温热源和低温热源之间的任何热机的热效率, 都不可能超过可逆热机的热效率, 而这个最大热效率取决于高、低温热源的温度之比。也就是说, 一旦环境温度条件确定, 热力循环的极限效率也就相应确定。不同的物理现象, 自然有不同的分析判别标准。举个通俗例子, 短跑运动员会不断地刷新百米世界纪录, 那么人类百米赛跑所用时间是否会无限地缩短呢?体育运动理论给出的结论是: 人类百米赛跑所用时间是有极限的, 但是达到这一时间极限的步骤将是无限的。这恰恰反映了矛盾的对立统一性。对于管内流动换热这一能量传递现象, 当物理条件(包括流体的温度、速度、黏度、热边界条件等) 给定时, 换热率也存在极限。可是在达到极限时我们如何强化传热?
经过世界各国在二十世纪六、七十年代开始了强化技术的研究。强化传热主要有两种途径: (1)增大传热面积,但换热器的传热面积不可能无限制地增大,否则投资费用会大大增加,并且随着工业化的进展,设备要紧凑化; (2)提高传热系数,主要从管程和壳程传热强化系数的提高方面上考虑。许多科研工作者已经在这一方面上进行了大量的研究,并且取得了很大的成效。本文主要讨论了管壳式换热器管程的强化传热———改变管子外形或在管内加入插入物,介绍了螺旋槽管、横纹管、螺旋扁管、管内插入物、翅片管、缩放管和三维内肋管等多种强化传热管的研究进展。
二、强化传热的几种方式
1、螺旋槽管
螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和内凸的异形管,管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数,起到双边强化的作用。根据在光管表面加工螺旋槽的类型螺旋槽管有单头和多头之分,其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角β。美国、英国、日本从1970年至1980年间对螺旋槽管进行了大量的研究[1