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18世纪以来,能源一直起着推动人类和经济发展的重要角色,但人类对能源日益增长的、难以满足的需求衍生出十分严峻的环保问题和可持续发展问题,提高能源利用率,提升生产效率,实现节能减排,已成为大势所趋。非牛顿流体广泛应用在石油工业、食品工业等涉及换热过程的行业,就目前而言,大部分应用领域中的非牛顿流体均有着较大粘度、低雷诺数等特点,并带来了传热难题,因此,有必要开展强化非牛顿流体传热的研究。管壳式换热器占整个换热器市场55-70%左右,国内外对其研究与改良虽已趋于成熟,却很难发现有关于非牛顿流体在高效管壳式换热器中的强化传热研究报道。本文以质量浓度为0.2%的黄原胶(XG)的水溶液作为非牛顿流体基液,在基液中添加不同质量的多壁碳纳米管(MWCNTs)形成质量浓度分别为0.2%、0.5%和1.0%的MWCNTs/XG纳米流体,并通过流变特性测试发现其具有剪切稀化特性,是典型的假塑型流体,属于非牛顿流体。通过热导率测试可以判断,MWCNTs/XG非牛顿纳米流体的热物性比基液优异。本文通过实验研究了基液、0.2wt%、0.5wt%和1.0wt%的MWCNTs/XG非牛顿纳米流体在螺旋隔板翅片管换热器和螺旋隔板椭圆管换热器壳程的传热与流阻特性。实验结果表明,与基液相比,质量分数分别为0.2%、0.5%和1.0%的MWCNTs/XG在翅片管换热器壳程流动时,总传热系数平均提高了4.6%、13.8%和19.0%,壳程对流传热系数平均提高了4.7%、13.2%和24.3%,努赛尔特数平均增长了6.2%、13.9%和23.9%,摩擦系数平均提升了2.8%、4.5%和8.5%,而在椭圆管换热器壳程流动时,总传热系数平均增大了6.0%、14.0%和22.0%,壳程对流传热系数平均提高了9.0%、39.1%和50.5%,努赛尔特数平均增长了11.0%、21.0%和35.0%,摩擦系数平均提升了7.1%、19.4%和31.2%。实验中所有综合热性能因子都大于1。基于传热实验数据,本文提出了MWCNTs/XG非牛顿纳米流体在螺旋隔板翅片管换热器和螺旋隔板椭圆管换热器壳程的努赛尔特数和摩擦系数拟合关系式,所有拟合值与实验值偏差在±10%以内。