列管式換熱器流體誘導振動強化傳熱機理研究

《列管式換熱器流體誘導振動強化傳熱機理研究》是依託武漢工程大學，由喻九陽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：列管式換熱器流體誘導振動強化傳熱機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：喻九陽
• 依託單位：武漢工程大學

項目摘要

流體誘導振動作為一種強化傳熱技術已引起廣泛關注，但誘導振動對換熱設備傳熱表面流場和積垢的作用機理迄今還不清晰。本項目擬用理論分析、數值模擬和實驗研究相結合的方法，對流體誘導振動強化傳熱機理開展研究。主要內容有：（1）流場與換熱管振動的耦合機理。採用有限體積法和雙向耦合模型，套用計算流體力學軟體計算換熱器流場；套用粒子動態分析儀和振動分析儀對流場及換熱管振動進行測試，綜合分析換熱管振動與表面流場的耦合機理；（2）傳熱管壁面流場結構對積垢過程的影響規律。在流場分析與實驗測試基礎上，研究流場中懸浮物濃度分布及傳質特性，結合懸浮物沉積準則方程式，尋求抑制積垢形成的流場結構，並建立污垢淨生長率的經驗關係式；（3）流體誘導振動傳熱強化機理。在分析計算換熱器流場和溫度場計算基礎上，對照實驗結果，研究流體誘導振動強化傳熱的機理。

結題摘要

流體誘導振動作為一種強化傳熱技術已引起廣泛關注,但誘導振動對換熱設備傳熱表面流場和積垢的作用機理迄今還不清晰。本項目採用理論分析、數值模擬和實驗研究相結合的方法，對流體誘導振動強化傳熱機理開展研究。（1）本課題採用污垢熱阻法實驗測量和數值模擬相結合的方法研究壁面流場結構對傳熱管壁面污垢生長規律的影響，研究結果表明脈動流引起換熱管壁面剪下應力的變化，加速污垢的剝離，具有顯著的抑垢效果，隨著頻率的增大，阻垢效果增強。污垢熱阻最大可降低25%，間接產生強化傳熱效果。（2）通過數值模擬和實驗研究等方法進行脈動流和強化換熱管共同作用下的強化傳熱特性研究，脈動流引起傳熱管內凸或外凹部位明顯有漩渦的生成，加劇了冷熱流體沿徑向的混合，產生強化傳熱效果。且強化傳熱效果與脈動流參數及換熱管結構型式密切相關，波節管強化傳熱係數最大可提高83%，橫紋管最大為80%，螺旋槽管為61%。（3）揭示壁面振動與流場耦合條件下的強化傳熱機理。壁面振動產生二次流，改善了換熱管周圍流體速度場與溫度場的協同關係，產生強化傳熱效果；（4）數值模擬脈動流繞過方柱引起的流場變化和強化傳熱特性。脈動流繞過方柱後產生鎖定現象，引起阻力係數相較穩定流工況提高50%，強化傳熱性能最大增加15%。（5）採用數值模擬方法研究折流板開孔對管殼式換熱器殼程流動與傳熱性能的影響。折流板開孔後能夠形成垂直於折流板的射流，對流動死區有明顯改善作用。折流板開孔後，殼程壓降有較大的降幅，同時傳熱係數也有降低，但降低幅度遠遠小於降低幅度。在等換熱面積和等壓降情況下，折流板開孔冷卻器傳熱係數可以提高22%。（6）研製出一套利用脈動流強化傳熱技術的強化傳熱、阻垢和自動節水裝置。本項目研究為流體誘導振動強化傳熱技術的深入發展和套用提供有力支持。