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换热管内插螺旋阻垢性能及污垢微观特征

化工学报 2023年第10期74卷 4129-4139页

作者：彭德其张寓川武洋俞天兰谭卓伟吴淑英陈莹唐明成彭建国湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105 湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007 株洲宏大高分子材料有限公司湖南株洲412007

为研究管内插螺旋阻垢性能及阻垢机理,实验研究了不同流速下换热管内插三种螺旋对污垢热阻、总传热系数的影响,同时从微观角度,对污垢粒径、孔隙率进行量化表征得到污垢微观结构分布规律。结果表明:在实验条件范围内,随流速增大内插螺... 详细信息

为研究管内插螺旋阻垢性能及阻垢机理,实验研究了不同流速下换热管内插三种螺旋对污垢热阻、总传热系数的影响,同时从微观角度,对污垢粒径、孔隙率进行量化表征得到污垢微观结构分布规律。结果表明:在实验条件范围内,随流速增大内插螺旋污垢热阻渐进值最大降幅为63%,传热系数稳定值较未结垢时均降低20%以上,且节距为20 mm的内插螺旋具有最好的除垢性能;污垢从近壁面区到表面区粒径、孔隙率逐渐升高,污垢层间具有明显晶型过渡特征;污垢层表面区与过渡区孔隙率随流速增大进一步增大,内插螺旋流场特征改变污垢内部结构是阻垢性能出现差异的根本原因。

关键词：结垢内插螺旋阻垢性能显微结构传热孔隙率

基于PIV法的管内插螺旋液固两相流流场特征

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高校化学工程学报 2021年第2期35卷 243-250页

作者：彭德其张凯博俞天兰吴淑英王志奇乔硕禹卫东湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105 湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007 湖南中兴设备安装工程有限责任公司湖南株洲412000

为探究管内插螺旋与液固两相流复合技术对流场与传热的影响机理,采用粒子图像处理技术(PIV)实验研究管内流体的涡量场及速度场分布规律。对比实验结果表明:内插螺旋液固两相流使流体呈螺旋流动,且增大流体的运动强度。在雷诺数Re=26400~... 详细信息

为探究管内插螺旋与液固两相流复合技术对流场与传热的影响机理,采用粒子图像处理技术(PIV)实验研究管内流体的涡量场及速度场分布规律。对比实验结果表明:内插螺旋液固两相流使流体呈螺旋流动,且增大流体的运动强度。在雷诺数Re=26400~33000,总平均涡量比光管增大21.4%~35.8%;径向速度呈正负波动分布,平均径向速度为光管的6.5~19.8倍,径向速度波动为光管的51~609倍;轴向速度沿壁面向管中心递增,轴向速度波动比光管增大41.5%~60.6%;平均湍动能比光管增大162.7%~254.6%,因此内插螺旋液固两相流复合技术更有利于传热。

关键词：粒子图像测速技术内插螺旋液固两相流流场

换热器换热管内插螺旋流态化传热及除防垢的影响因素

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过程工程学报 2015年第6期15卷 935-939页

作者：彭德其谭卓伟张浪吴淑英刘阳湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105 湖南丽臣实业股份有限公司湖南长沙410000 长沙威保特环保科技股份有限公司湖南长沙410205

通过内插螺旋方法使换热器换热管内流体产生螺旋流,实验研究了管内螺旋流/螺旋流态化的颗粒直径、颗粒浓度、螺旋结构参数及温差对强化传热及除垢、防垢性能的影响.结果表明,在实验范围内,换热器换热管内螺旋流态化比螺旋流的传热系数提... 详细信息

通过内插螺旋方法使换热器换热管内流体产生螺旋流,实验研究了管内螺旋流/螺旋流态化的颗粒直径、颗粒浓度、螺旋结构参数及温差对强化传热及除垢、防垢性能的影响.结果表明,在实验范围内,换热器换热管内螺旋流态化比螺旋流的传热系数提高15%?20%;颗粒直径5 mm比3 mm的传热系数提高5.4%;颗粒浓度15%(?)比5%(?)传热系数提高15.3%;外径螺旋30 mm比20 mm传热系数提高7.7%;螺距20 mm比60 mm传热系数提高11.1%.随时间连续运行,管内螺旋流态化的传热系数下降幅度远小于螺旋流,表明管内螺旋流态化具有较好的除垢防垢效果.传热温差变化对螺旋流态化强化传热及除垢、防垢性能影响较小.

关键词：内插螺旋液固两相流强化传热除垢防垢

大豆油复合内插螺旋对糖浆降膜蒸发传热性能影响研究

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大豆油复合内插螺旋对糖浆降膜蒸发传热性能影响研究

作者：杨春霞湘潭大学

学位级别：硕士

糖浆是一种高粘度多组分溶液,常用于饲料添加剂。糖浆生产工艺中需要添加石灰水,蒸发时易导致传热恶化和结垢需要周期停车清洗。本文采用大豆油复合内插螺旋的强化传热技术,利用内插螺旋往复振动特性及大豆油降粘作用协同效应,同时达到... 详细信息

糖浆是一种高粘度多组分溶液,常用于饲料添加剂。糖浆生产工艺中需要添加石灰水,蒸发时易导致传热恶化和结垢需要周期停车清洗。本文采用大豆油复合内插螺旋的强化传热技术,利用内插螺旋往复振动特性及大豆油降粘作用协同效应,同时达到强化传热和防垢除垢。通过数值模拟和实验研究对大豆油复合内插螺旋糖浆降膜蒸发传热进行研究,内容如下:(1)测定糖浆和3种常见植物油的物性参数,得到糖浆和植物油随温度的变化规律,为选用大豆油糖浆降膜蒸发实验研究提供理论依据。自主搭建降膜蒸发实验台,进行大豆油糖浆降膜蒸发实验,对添加3种植物油糖浆传热过程进行对比,得到大豆油传热性能最好,故选择大豆油作为降粘剂进行传热研究。(2)为分析粘度对糖浆传热影响,实验中采用三种体积浓度(3Vol%、5Vol%、10Vol%)的大豆油。发现添加10Vol%大豆油传热系数优于5%Vol%和3%Vol%。三种浓度的传热系数都随着热流密度和传热温差的增大而增大;但随质量流量的增加先增大后减小,在质量流量为1267kg/h时出现峰值。以热流密度、传热温差、质量流量为函数进行数值拟合,得到适用于降膜蒸发的传热关联式。(3)通过内插螺旋糖浆降膜蒸发传热实验,分析内插螺旋对糖浆传热影响。正交分析得到影响传热的顺序为节距p>中经D>丝径e,最佳螺旋结构参数组合为p=25mm、e=1.9mm、D=33mm。对三个参数依次分析得到传热系数随中径和节距增大而增大;随着丝径增大先增大后减小,当丝径为1.9mm时,传热系数最高。(4)为研究大豆油复合内插螺旋强化传热效果,通过5Vol%大豆油复合内插螺旋糖浆降膜蒸发实验,对比四种工况(5Vol%大豆油复合内插螺旋、内插螺旋、5Vol%大豆油、光管)在不同工艺参数下的传热性能。当传热温差、蒸发压力和质量流量相同时,5Vol%大豆油复合内插螺旋管传热系数最大,内插螺旋管和5Vol%大豆油管次之,光管最小。随着糖浆白利度增加,四管的传热系数均逐渐减小。(5)为进一步分析大豆油复合内插螺旋强化传热机理,在实验基础上,模拟大豆油复合内插螺旋糖浆降膜蒸发流动和传热过程。模拟得到四种工况(5Vol%大豆油复合内插螺旋、内插螺旋、5Vol%大豆油、光管)的速度分布、温度场分布及液膜分布等。发现5Vol%大豆油管粘度降低,液膜轴向速度增大;内插螺旋管液膜轴向速度和径向速度都增大。当雷诺数相同时,5Vol%大豆油复合内插螺旋管的液膜厚度最薄,内插螺旋管和5Vol%大豆油管次之,光管液膜最厚。5Vol%大豆油复合内插螺旋管液膜蒸发温度最高,此管内液相体积分数最小,糖浆蒸发效率最高。

关键词：大豆油内插螺旋糖浆降膜蒸发强化传热

立式上行管内插螺旋对换热器管内流场及传热性能影响研究

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立式上行管内插螺旋对换热器管内流场及传热性能影响研究

作者：李昊湘潭大学

学位级别：硕士

换热管内插螺旋技术被广泛应用工程中,虽然这项技术能提升换热管的换热系数,但增大了流动阻力。为了能够全面了解螺旋结构参数丝径、中径及节距对立式上行管流场及传热影响,本文将通过螺旋往复运动分析、数值模拟、粒子图像测速(PIV)实... 详细信息

换热管内插螺旋技术被广泛应用工程中,虽然这项技术能提升换热管的换热系数,但增大了流动阻力。为了能够全面了解螺旋结构参数丝径、中径及节距对立式上行管流场及传热影响,本文将通过螺旋往复运动分析、数值模拟、粒子图像测速(PIV)实验以及传热实验方法进行展开。本文研究内容如下:首先,分析内插件传热技术与流场可视化研究现状,提出立式上行管内插螺旋换热器管内对流场及传热性能研究问题。通过内插螺旋往复性分析螺旋结构参数与轴向波速关系,螺旋结构参数与轴向波速关系紧密;通过冷膜立式上行管内插螺旋往复实验,发现仅依靠自身流体冲击就可以做往复周期运动,所得到实验数据为数值模拟提供依据。其次,利用Fluent软件对立式上行管内插螺旋管内流场进行数值模拟,分析螺旋结构参数(e、D及p)对管内流场、传热、阻力及PEC影响。研究结果表明,和光管相比,在相同Re条件下内插螺旋换热管Nu提高1.84到2.85倍;阻力系数提高5.00到10.20倍;综合传热性能最好螺旋结构参数e=1.6 mm、p=20 mm、D=24 mm,PEC均大于1,其中最大为1.25,最小为1.04。再次,搭建PIV管内流体流动测量平台,分析螺旋结构参数对管内流场影响。实验结果表明:Re从6999到17180,实验结果与光管进行对比发现,内插螺旋管核心区域的径向速度呈M型起伏变化,光管径向速度几乎没有波动;其轴向速度提高了 1.19～1.35倍;流体涡量增加,并且扰动剧烈,涡量提高了 1.05～1.55倍。最后,搭建传热性能测试实验平台,分析螺旋参数(e=0.8、1.2、1.6mm,D=24、27、30 mm及p=10、15、20 mm)对换热管传热系数影响,通过正交因素法分析得到影响K重要次序分别是p>e>D;相对于光管,当换热管Re从6999到17180最优组合是e=1.6 mm、p=20 mm、D=24 mm;最优节距、丝径、中径相比于空管K依次提高 40.5%～50.2%、35.8%～40.9%、30.3%～33.1%。综合数值模拟、PIV实验和传热实验研究结果发现:R从6999到17180,螺旋结构参数对PEC、流场和传热性能影响次序分别是p>e>D;随着Re增加,螺旋结构参数影响次序相同,最优螺旋结构参数是p=20mm、e=1.6mm、D=24mm。

关键词：内插螺旋流动行为数值分析 PIV 传热性能