螺旋槽纹管换热特性研究开题报告
2020-04-19 21:09:03
1. 研究目的与意义（文献综述）
螺旋槽管亦称螺旋槽纹管，是一种优良的双面强化换热管，对管内单相流体的换热过程有着显著的强化作用。流体在管内流动时受螺旋槽纹的引导，靠近壁面的部分流体顺槽旋转；另一部分流体顺壁面沿轴向流动时，螺旋形的凸起也使流体产生周期性的扰动。前一种作用有利于减薄流体边界层；后一种作用引起边界层中流体质的扰动，因而可以加快壁面至流体主体的热量传递。两种作用综合作用的结果，使管内换热效果得到加强。螺纹槽纹管是将光滑管在车床上轧制而成，主要结构参数有槽深e、螺距p、内径d、槽宽h 和螺旋角#223;，头数n可分为单头和多头。用机器来从事生产活动必然会涉及能源的需求问题，而与此同时，人日益严峻的环保问题和全球能源的枯竭正逐步威胁到人类的可持续发展。自爆发石油危机以来，世界各地都认识到了能源的重要性，更认识到节能的必要性[1]。热量交换主要包括加热、蒸发、和冷凝等，在工业生产中，热量交换存在各个环节当中[2]。为了高效的利用热量，需要高效的换热设备，特别是现今节能与环保的问题日益突出，如何提高换热器的换热效率，减少能量传递过程的不可逆损失，更合理和有地利用能源，成为了一个非常重要的课题。螺旋槽纹管作为一种高效的换热异型管，它是管壳式换热器中最常用的一种传热元件。因此，如何将传热效率最大化成为当今换热器的强化传热分析的潮流[1-4]。
近年来，螺旋槽纹管得到广泛研究和应用。为了得到可靠的传热与阻力计算式，许多研究者针对不同工质，在不同槽深、节距情况下进行了实验研究。主要研究方法为实验法和数值分析法。
日本学者吉富英明[3]对单头螺旋管进行了大量的实验研究，在等热流的情况下，以水为管内介质进行实验，得到了一些关联式。前苏联学者也对螺旋槽纹管进行了大量研究。不少研究者认为，螺旋槽纹管的换热工况不仅取决于其几何参数，而且与流动工况有关，对于空气和水两种介质，其换热规律可能不同。重庆大学经实验研究及理论推导，得出了单头螺纹槽管的半经验公式。华南理工大学对螺旋槽纹管内流体的流态、强化传热机理及管参数的优化选择方法进行了深入研究。 1979年将螺旋槽纹管用于上海溶剂厂的甲醛余热锅炉中，使总传热系数提高了60%；用于压缩机排气冷却，使传热效率提高了3倍; 用于常减压原油-渣油换热器，传热系数提高了1.2～1.5倍。美国arg onne国家实验室和ga技术公司设计、制造的螺旋槽纹管换热器，其传热性能比光管提高2～4倍[5]。1993年，北京理工大学与铁道部大连机车车辆厂合作，将三头螺旋槽纹管应用于国家重点项目重载牵引车东风10的机油热交换器上，使原换热器体积缩小，质量减轻32%以上，效果显著。
2. 研究的基本内容与方案
2．1研究内容
螺旋槽纹管作为重要的双面传热的换热管，本文主要研究影响单头螺旋槽纹管的传热特性因素：传热温差、传热面积、传热系数；以及不同的结构参：槽深、壁厚等利用fluent软件进行数值模拟分析，从而得出强化螺旋槽纹管传热的措施。
2．1研究目标
3. 研究计划与安排
（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告。 （第1周—第3周）
（2）学习gambit软件，搜集影响螺旋槽纹管传热效果的相关参数，完成光滑管和其他几种螺旋槽纹管的三维实体建模。 （第4周—第5周）
（3）学习有限元、计算流体力学fluent软件相关基础知识及软件的使用方法。（第6周—第8周）
4. 参考文献（12篇以上）
| [1]崔海亭，彭培英.强化传热新技术及其应用.北京：化学工业出版社
[2]李向明，叶国兴，邓颂九.高效换热元件——螺旋槽管的研究及应用[J].化工学报，1982，33(4):359-367. [3]吉富英明，大场一马，有马芳雄.螺纹管的传热与压力损失[J].火力原子力发电，1976，27(2):171-182. [4]崔海亭，姚仲鹏，王瑞君.强化型管壳式换热器的研究现状与发展[J].化工机械，1999，26(3):168-170. [5]Withers J G. Tube-side heat transfer and pressure drop for tubes havinghelical internal ridging with turbulent /transitional flow of single-hasefluid[J]. Heat Transfer Engineering，1980，2(1):48-58. [6]NewsonI H,Hodgson T K. Scale of enhanced heat exchanger tubes[J]. HeatTransfer,1973,89(3): 85-89. [7]金安，帅志明.凝结条件下水平螺旋槽管强化传热试验研究[J].东南大学学报，1993，23(5):126-140. [8]BerglesA E.Heat transfer enhancement—theencourageme-nt and accommodation of high heat fluxes[J]. Heat Transfer,1997,119(2): 8-19. [9]陆应声，陈慕玲，潘宁忠等.强化传热元件与高效换热器研究进展[J].化工进展，1998，17(1):16-18. [10]程俊国，冯骏，靳明聪，等.螺旋管的传热及流阻性能[J].重庆大学学报，1980，8(3):81-94. [11]夏雅君，张朝民螺旋管管内流动和传热的数值模拟上海电力学院学报，1991，7⑷：20-29 [12]Mukherjee Rajiv. Effectively Design Shell-and-Tube Heat Exchangers. Chemical EngineeringProgress，1998,94(2):21-37 [13]Bergles AE.Heat Transfer Enhancement-the Encouragement and Accommodation ofHigh Heat Fluxes. Journal of Heat Transfer,1997,119(2):18 [14]RavigururajanT S，Rabas T J.Turbulent flow in integrallyenhancedtubes,Part 1: comprehensive review and database development [J].Heat TransferEngineering, 1996,17 (2):19-29 [15]Ravigururajan T S，RabasT J. Turbulent flow in integrally enhanced tubes, Part 2:analysis and performancecomparison[J].Heat Transfer Engineering, 1996,17 (2):30-40 [16]崔海亭. 高效异型强化管的研究现状及发展方向.石油机械，1999，27(7):48-50 [17]崔海亭，袁修干.螺旋槽管综合性能的研究.石油化工设备技术，2001，22(5):6-8 [18]崔海亭，姚仲鹏.螺旋槽纹管研究及应用.石油化工设备，2001，30(2):34-36 [19]张军.螺旋槽纹管管内流动和换热的数值模拟. [D].1996:1-10 [20]喻晓峰.单头螺旋槽纹管管内流动和换热的实验及数值仿真模拟研究. [D]. 2003:20-36 [21]贾瑞宣.螺旋槽管强化传热研究. [D]. 2003:20-33 [22]王纬武.流体流动与传热.北京:化学工业出版社，2002:103-104 [23]彭洁. 螺旋槽管换热过程的三维数值模拟[D]. 2006 [24]崔凯.异形管传热与流动的数值模拟研究[D]. 2005 [25]杨世铭，陶文链传热学第三版北京：髙等教育出版社，2004 [26]李进良，李承曦，胡仁喜精通流场分析北京：化学工业出版社 [27]韩占忠——流体工程仿真计算实例与分析北京：北京理工大学出版社 [28]喻晓峰单头螺旋槽纹管管内流动和换热的实验及数值仿真模拟研宄[D]. 2003:20-33 [29]黄鹏螺旋槽管强化传热特性的数值模拟[D].西安科技大学，2011 [30]罗大海，诸葛茜流体力学简明教程[M].北京：高等教育出版社，1986 [31]王瑞金，张凯，王刚丨技术基础与应用实例[M]北京：清华大学进版社，2010 |
| 5、指导教师意见
指导教师签名： 年 月 日 |
