导热油螺旋波纹管内流动和传热特性研究

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1、博士学位论文导热油螺旋波纹管内流动和传热特性研究INVESTIGATIONOFHEATTRANSFERFLUIDININTERNALLYRIBBEDTUBES许卫国哈尔滨工业大学2017年10月国内图书分类号：TK224学校代码：10213国际图书分类号：621.18密级：公开工程博士学位论文导热油螺旋波纹管内流动和传热特性研究博士研究生许卫国：导师陆慧林：教授申请学位工程：博士领域能源：与环保所在单位哈尔滨电：气集团公司答辩日期201：7年10月11日授予学位单位哈尔滨工业大学：ClassifiedIndex:TK224U.D.C:621.18Dissertationfor

2、theDoctoralDegreeinEngineeringINVESTIGATIONOFHEATTRANSFERFLUIDININTERNALLYRIBBEDTUBESCandidate：XuWeigouSupervisor：Prof.LUHuilinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：EnergyandEnvironmentalProtectionAffiliation：HarbinElectricCorporationDateofDefence：Oct.11,2017Degree-Conferri

3、ng-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要以太阳能热电系统的螺旋波纹管内导热油流动和对流换热为研究对象，采用Thermional66导热油作为传热媒体，选取D25×2.5和D19×2单头螺旋波纹管和D28.8×7.3四头内螺纹管作为传热实验元件，进行螺旋波纹管内导热油流动和对流换热实验，获取螺旋波纹管导热油流动阻力特性和对流换热特性。基于单相流体力学和传热学理论，采用数值模拟方法，进行螺旋波纹管内流动和传热的数值模拟，揭示螺旋波纹管传热强化的机理。基于实验和数值模拟分析，展开导热油螺纹管预热器流体动力特性的研究。构建了光管内导

4、热油的流动阻力与传热实验系统的实验台架。在光管D19×2内进行导热油Therminol66的流动阻力和传热特性的验证实验。通过对光管导热油的实测对流换热系数和摩擦系数与经典经验方程的比较发现，实验值与计算结果相吻合，表明所建立的实验体系、测量技术及实验结果处理方法是准确合理的。实验研究了D19×2和D25×2.5两种不同直径单头螺旋波纹管（单头内螺纹管）中导热油Therminol66的流动阻力与传热特性，发现随着Re数增加，两种单头螺旋波纹管内导热油Therminol66的对流换热系数增加、摩擦系数降低。在D19×2螺旋波纹管的实验范围内导热油摩擦系数是相应光管的1.8～4.

5、0倍，Nu数是相应光管的1.8～4.6倍。在D25×2.5螺旋波纹管的实验范围内摩擦系数是相应光管的1.9～3.2倍，Nu数是相应光管的1.7～4.7倍。基于对实验数据的统计分析，获得单头螺旋波纹管内导热油Therminol66的传热系数与摩擦系数的计算关联式。实验研究了直径为D28.8×7.3的四头螺旋波纹管中导热油Therminol66的的对流传热特性和流动阻力特性，发现随着Re数增加，四头螺旋波纹管内导热油Therminol66的对流换热系数增加、摩擦系数降低。与单头螺旋波纹管的流动阻力与传热特性相比，四头螺旋波纹管的对流换热性能降低。在D28.8×7.3四头内螺纹管的

6、实验范围内，导热油摩擦系数是相应光管的1.3～1.9倍。Nu数是相应光管的1.05～1.67倍。统计分析实验结果获得四头螺旋波纹管内导热油的摩擦系数与传热系数计算关联式。应用数值模拟方法，采用5种不同湍流模型，数值模拟螺旋波纹管内导-I-哈尔滨工业大学工程博士学位论文热油Therminol66的流体动力特性，得到导热油的速度和温度场分布。数值模拟表明螺旋波纹管内螺纹引发纵向涡能有效降低径向的导热油热阻，而且内螺纹的流动导向作用产生导热油离心力作用对导热油摩擦阻力增加较少，所以使得导热油形成纵向涡是螺旋波纹管换热强化的有效办法。单头螺旋波纹管和四头螺旋波纹管的局部流动和换热特征

7、的分析表明单头螺旋波纹管通过内螺纹的湍流度而强化换热，单头螺旋波纹管具有较高综合传热因子的原因是内螺纹能够有效地在壁面附近产生湍流度而强化换热，同时产生的压差阻力较小。四头内螺纹难以通过增加螺纹头数增加湍流度，相反增加了导热油的流动阻力。数值模拟分析了螺旋波纹管螺距、螺纹高度和螺纹头数等对导热油对流传热和流动压降以及综合传热性能的影响。数值模拟发现螺旋波纹管螺纹高度的影响呈现非线性，减小螺纹高度，换热性能和阻力降低，螺旋波纹管的综合传热性能和基于场协同方法的协同角先降低后增加。螺旋波纹管螺距的影响呈现线