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随着经济的发展,人类活动对于能源资源的需求量日益增加,能源短缺问题也日渐严峻,因此提高能源资源的利用效率就显得很有必要。在工业生产中,换热器等设备的能量消耗很大,因此对换热器进行改进,提高换热效率对于能源的节约以及降低工业生产成本都有着重要的意义。本文主要从两个方面对套管换热器进行改进。首先,针对管程结构,使用能同时扰动壳程和管程流体的波纹管代替了光滑的圆管。其次,针对传热工质,本文采用导热能力更强的新型换热工质-纳米流体替换了传统的换热工质。为了探究波纹管和纳米流体的使用对套管换热器内传热和流动的影响,本文通过实验和数值模拟方法,分别探究了Ti O2-H2O纳米流体在波纹套管换热器内的流动和传热特性。本文的主要工作和成果如下:(1)采用两步法配制了三种不同质量分数(ω=0.1wt%、0.3wt%和0.5wt%)的Ti O2-H2O纳米流体,利用沉降法对其稳定性进行了研究,并获取其物性参数。(2)搭建了波纹套管换热器实验台,进行了壳程为热流体、管程为纳米流体的实验研究,并将实验结果与同尺寸下的光滑套管换热器进行对比。结果表明:波纹管和纳米流体的使用,能有效地增强套管换热器的总体换热效果,主要表现在传热单元数和效能的提升上,但是通过对管程纳米流体的综合评价发现,纳米流体在波纹管内流动的综合性能不如同条件下纳米流体在光管内的综合性能。(3)在实验的基础上建立了数值模型,进行了壳程为热流体、管程为纳米流体条件下的数值模拟研究。分析了该情况下换热器内部的温度场、速度场以及流场的变化情况,进一步揭示了纳米流体以及波纹管的强化传热特性。(4)进行了管程为热流体、壳程为纳米流体的实验研究。结果表明:换热器的总体换热效果得到增强,但是纳米流体的增强换热效果相比第一种情况要稍弱,同时通过对纳米流体侧进行综合性能评价发现,纳米流体在波纹套管换热器的壳侧流动的综合性能要强于同条件下光滑套管换热器壳侧的综合性能。(5)进行了管程为热流体、壳侧为纳米流体的数值模拟研究,进一步分析了该情况下的温度场,速度场以及流场,揭示了该流动条件下换热器内部的传热和流动情况。