換熱器內(nèi)流體誘導(dǎo)振動(dòng)

流體誘導(dǎo)振動(dòng)作為一種強(qiáng)化傳熱技術(shù)已引起廣泛關(guān)注，但誘導(dǎo)振動(dòng)對(duì)換熱設(shè)備傳熱表面流場(chǎng)和積垢的作用機(jī)理迄今還不清晰。本項(xiàng)目擬用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化傳熱機(jī)理開(kāi)展研究。主要內(nèi)容有：1)流場(chǎng)與換熱管振動(dòng)的耦合機(jī)理。采用有限體積法和雙向耦合模型，應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)軟件計(jì)算換熱器流場(chǎng)；應(yīng)用粒子動(dòng)態(tài)分析儀和振動(dòng)分析儀對(duì)流場(chǎng)及換熱管振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，綜合分析換熱管振動(dòng)與表面流場(chǎng)的耦合機(jī)理；2）傳熱管壁面流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)積垢過(guò)程的影響規(guī)律。在流場(chǎng)分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試基礎(chǔ)上，研究流場(chǎng)中懸浮物濃度分布及傳質(zhì)特性，結(jié)合懸浮物沉積準(zhǔn)則方程式，尋求抑制積垢形成的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，并建立污垢凈生長(zhǎng)率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式；3)流體誘導(dǎo)振動(dòng)傳熱強(qiáng)化機(jī)理。在分析計(jì)算換熱器流場(chǎng)和溫度場(chǎng)計(jì)算基礎(chǔ)上，對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化傳熱的機(jī)理。

《管殼式換熱器流體誘發(fā)振動(dòng)》根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)換熱器管束流體誘發(fā)振動(dòng)的研究與實(shí)踐已取得的成果，結(jié)合理論分析與工程應(yīng)用兩個(gè)方面論述換熱器管束的流體誘發(fā)振動(dòng)。全書(shū)共分6章，包括振動(dòng)的事例與研究工作的進(jìn)展、流體誘發(fā)振動(dòng)的機(jī)理、流體誘發(fā)振動(dòng)的計(jì)算、管束的振動(dòng)特性、防振設(shè)計(jì)及防振措施、國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范介紹與展望。

流體誘導(dǎo)振動(dòng)作為一種強(qiáng)化傳熱技術(shù)已引起廣泛關(guān)注,但誘導(dǎo)振動(dòng)對(duì)換熱設(shè)備傳熱表面流場(chǎng)和積垢的作用機(jī)理迄今還不清晰。本項(xiàng)目采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化傳熱機(jī)理開(kāi)展研究。1）本課題采用污垢熱阻法實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究壁面流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱管壁面污垢生長(zhǎng)規(guī)律的影響，研究結(jié)果表明脈動(dòng)流引起換熱管壁面剪切應(yīng)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(qiáng)。污垢熱阻最大可降低25%，間接產(chǎn)生強(qiáng)化傳熱效果。2）通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法進(jìn)行脈動(dòng)流和強(qiáng)化換熱管共同作用下的強(qiáng)化傳熱特性研究，脈動(dòng)流引起傳熱管內(nèi)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(chǎn)生強(qiáng)化傳熱效果。且強(qiáng)化傳熱效果與脈動(dòng)流參數(shù)及換熱管結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān)，波節(jié)管強(qiáng)化傳熱系數(shù)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(dòng)與流場(chǎng)耦合條件下的強(qiáng)化傳熱機(jī)理。壁面振動(dòng)產(chǎn)生二次流，改善了換熱管周?chē)黧w速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)的協(xié)同關(guān)系，產(chǎn)生強(qiáng)化傳熱效果；4)數(shù)值模擬脈動(dòng)流繞過(guò)方柱引起的流場(chǎng)變化和強(qiáng)化傳熱特性。脈動(dòng)流繞過(guò)方柱后產(chǎn)生鎖定現(xiàn)象，引起阻力系數(shù)相較穩(wěn)定流工況提高50%，強(qiáng)化傳熱性能最大增加15%。5）采用數(shù)值模擬方法研究折流板開(kāi)孔對(duì)管殼式換熱器殼程流動(dòng)與傳熱性能的影響。折流板開(kāi)孔后能夠形成垂直于折流板的射流，對(duì)流動(dòng)死區(qū)有明顯改善作用。折流板開(kāi)孔后，殼程壓降有較大的降幅，同時(shí)傳熱系數(shù)也有降低，但降低幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于降低幅度。在等換熱面積和等壓降情況下，折流板開(kāi)孔冷卻器傳熱系數(shù)可以提高22%。6）研制出一套利用脈動(dòng)流強(qiáng)化傳熱技術(shù)的強(qiáng)化傳熱、阻垢和自動(dòng)節(jié)水裝置。本項(xiàng)目研究為流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)化傳熱技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用提供有力支持。 2100433B