高溫顆粒流繞流換熱管束的流動與傳熱特性研究

《高溫顆粒流繞流換熱管束的流動與傳熱特性研究》是依託東北大學，由劉軍祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高溫顆粒流繞流換熱管束的流動與傳熱特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉軍祥
• 依託單位：東北大學

中文摘要

提出採用自流床餘熱鍋爐直接回收高溫顆粒餘熱生產蒸汽的技術路線。針對高溫顆粒流繞流換熱管束的流動與傳熱過程，採用數值模擬與實驗研究相結合的方法對高溫顆粒流繞流換熱管束的流動機理、傳熱機理以及流動和傳熱的耦合特性進行研究。建立描述顆粒流繞流管束運動的DEM模型，結合冷態實驗結果，分析顆粒流繞流管束的流動形態，研究顆粒流流型及摻混程度的變化規律；建立高溫顆粒流繞流換熱管束時顆粒接觸傳熱數學模型，並與DEM模型相結合，分析高溫顆粒流繞流換熱管束的換熱過程；進行自流床餘熱鍋爐熱態實驗，研究高溫顆粒流繞流換熱管束的傳熱機理，並修正、完善流動和傳熱數學模型；探尋強化高溫顆粒流繞流換熱管束傳熱的方法，確定自流床餘熱鍋爐的最佳工藝參數；進行高溫顆粒流繞流換熱管束的磨損實驗研究，揭示磨損的內在機理，為自流床餘熱鍋爐的設計提供指導。

結題摘要

本項目對顆粒繞流圓管流動特性、顆粒繞流圓管傳熱特性以及顆粒繞流圓管的磨損行為進行了研究。主要研究內容和獲得結果如下： 搭建了顆粒繞流圓管流動的冷態實驗平台，分析了圓管直徑、顆粒直徑、圓管排數、圓管排列方式和出料口尺寸對顆粒流型的影響規律。實驗結果表明：圓管直徑越大，其下面所形成的死區越大；顆粒的直徑越大，顆粒在流動過程中的混合作用越好；圓管的排數越多，圓管對顆粒的阻礙作用越明顯，不利於顆粒的均勻流動；在叉排排列時，圓管下部幾乎沒有死區的存在，強化了顆粒在水平方向上的流動。 建立了顆粒繞流圓管傳熱的數學模型，考察了自流床餘熱鍋爐操作參數對換熱裝置顆粒側傳熱係數、顆粒出口溫度、熱回收率以及第一排換熱管處顆粒溫降速率的影響規律。模擬結果表明：顆粒側傳熱係數隨著顆粒直徑的增大而逐漸減小，隨著顆粒入口速度的增大而逐漸增大；顆粒出口溫度隨著顆粒直徑的增大、顆粒入口溫度的升高、顆粒入口速度的增大而逐漸升高；換熱裝置的熱回收率隨著顆粒直徑的增大、顆粒入口溫度的升高、顆粒入口速度的增大而逐漸減小，隨著水入口速度的增大而逐漸增大；換熱裝置第一排換熱管處顆粒的溫降速率隨著顆粒直徑的增大而減小，隨著顆粒入口溫度、顆粒入口速度的增大而增大。 搭建了顆粒繞流圓管磨損的實驗平台，考察了顆粒直徑、相對速度、顆粒溫度對銅、鋁材質圓管的磨損規律。通過實驗發現：顆粒直徑在0.8-2.25mm範圍內，銅、鋁圓管的單位磨損量隨著顆粒直徑的增大而增大，顆粒直徑在1.715-2.25mm區間時單位磨損量急劇增大；顆粒溫度在293-513K範圍內，銅、鋁圓管單位磨損量隨著溫度的升高先減小後增大，出現最小單位磨損量出現在403K附近；磨損深度隨著顆粒直徑和相對速度的增大而增大，隨著顆粒溫度的升高先減小後增大；通過實驗數據擬合得到回歸方程，達到1%顯著水平，實驗值與計算值吻合較好，回歸方程能夠準確計算不同材質圓管的磨損量。