螺旋管式熔盐换热器对流传热研究

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螺旋缠绕管换热器是一种新型的管壳式换热器。螺旋缠绕管换热器的传热管结构特殊,流体在流经传热管内时会形成二次流,加强湍流效果。因此具有着结构紧凑和换热性能高等优点。它的传热性能高于直管式换热器,同时高温环境下对热应力具有自适应性。熔盐堆用换热器运行温度高,以熔盐为传热工质,具有热容量大、热稳定性高、普朗特数大等特点。螺旋管换热器具有高效、温度热应力自适应等特点,非常适合于熔盐堆。但是熔盐在螺旋缠绕管换热器内传热特性相关研究较少,林德公司曾设计出螺旋管式熔盐换热器用于太阳能发电领域,但该文献并没有给出具体的设计公式。本文从数值模拟计算研究和试验研究两大方向对熔盐在螺旋管内的对流传热进行了研究。  首先,本文利用数值模拟计算研究的方法,计算了熔盐在螺旋管内的对流传热情况,分析了螺旋管的直径、缠绕直径、螺距等参数对螺旋管内熔盐流体对流传热的影响,拟合出了熔盐在螺旋管内的对流传热准则关系式,并将该关系式和水等其他工质在螺旋管内的对流传热准则关系式进行了对比分析,结果表明水等其它工质在螺旋管内的对流传热准则关系式并不适用于熔盐在螺旋管内的计算。  此外,本文对一台螺旋管式熔盐氦气换热器进行了试验研究,为此搭建了熔盐换热器流传热试验系统。熔盐换热器对流传热实验系统,主要包括组成系统的各个回路、测量控制系统、实验方法和方案、数据处理等内容。还分析了实验系统的不确定度,主要从仪表不确定度,测量不确定度和物性不确定度等角度进行了分析。依据此试验台设计了螺旋管式的熔盐-氦气试验件,并在试验台上进行了测试。同时对实验数据进行了处理,结果表明试验结果与数值模拟计算结果在实验工况范围内吻合较好,证明了在该熔盐换热器对流传热实验系统上进行试验可以得到准确的结果。  最后,本文得到了1000<De<2400范围内熔盐在螺旋管式换热器管程的传热准则关系式,2000<Re<3800范围内氦气在螺旋管式换热器壳程的传热准则关系式。为后续设计螺旋管式熔盐换热器提供了参考。
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