【摘 要】
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随着科技迅速的发展和进步,对资源的开采和利用也随之迅速增加,同时也不可避免的产生了资源浪费特别是对热能的浪费,因此本文提出了一种由中心射向四周的中心多股射流管式反应器来强化传热以提高能源利用率。而综合国内外对冲击射流的研究现状来看大多是对平面上射流孔（管）排布的研究,很少有本文中所提出的在圆柱壁面上排布的研究,本文主要从射流管的轴向间距、周向转角和主流（本文将混合后的流体定义为主流流体）雷诺数方面
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随着科技迅速的发展和进步,对资源的开采和利用也随之迅速增加,同时也不可避免的产生了资源浪费特别是对热能的浪费,因此本文提出了一种由中心射向四周的中心多股射流管式反应器来强化传热以提高能源利用率。而综合国内外对冲击射流的研究现状来看大多是对平面上射流孔（管）排布的研究,很少有本文中所提出的在圆柱壁面上排布的研究,本文主要从射流管的轴向间距、周向转角和主流（本文将混合后的流体定义为主流流体）雷诺数方面研究其对传热性能的影响。其中物理模型使用Solidworks 3D建模软件进行建立,使用ICEM软件进行非结构网格的划分,模拟运算采用FLUENT 17.0软件,工质为常温下的水,研究雷诺数Re=700-7000范围内的传热特性,在验证了数学模型和计算方法合适的前提下进行了大量的数值模拟研究,通过后期数据处理得到了以下结论:在射流管同列排布方式下,中心多股射流管式反应器的努赛尔数和综合传热性能评价因子PEC与同规格的光管和扭带结构相比有显著提高,其努赛尔数分别是光管和扭带结构的7-8倍和1.5倍左右;多股射流与横流的流速比,在反应器内沿着流程在各射流管位置处产生阶跃变化,但射流管轴向间距对该阶跃变化影响较小约为4%-12%,因此定义一个平均流速比Rm来反映射流和横流之间的关系,其表达式为Rm=ujm/ucm,其中ujm为射流平均流速,利用芯管（inlet B）入口流量/各射流管出口面积总和确定;ucm为主流平均流速,由于第5组射流管处的射流流速与射流平均流速相差不大,因此利用（inlet A入口流量+inlet B入流流量/2）/横流流通截面积确定,本文研究了流速比分别为Rm=37.2、21.2和11.3下射流管轴向间距对传热性能的影响;多股射流反应器内壁射流冲击点处具有最大的局部努赛尔数,而在轴向相邻射流管之间偏向下游射流管位置产生最小的轴向局部努赛尔数,而在圆周方向每组射流管对称线上产生最小的周向局部努赛尔数;综合反应器核心区域和射流分布区域的努赛尔数随射流轴向间距的变化,可得出结论:在射流管总数不变的情况下,增加射流管轴向间距会提高反应器反应器核心区域平均努赛尔数,但射流管区域范围的平均努赛尔数会有所下降。在顺向周向转角排布方式下,所在任一轴向位置处的壁面周向局部努赛尔数受其之前所有射流的影响,只是会因距离远导致受影响的程度不同;在Rm=11.3下的五种射流管周向转角下,反应器核心区域和射流管分布区域内平均努赛尔数都随射流管周向转角的增加而增大;但是当射流管轴向间距为30mm和40mm时,五种周向转角下均为Numc＞Numj,而当轴向间距为20mm时则是Numc＜Numj。所以当射流管间有周向转角存在时,射流管轴向间距大于20mm时才能在整个反应器内有更好综合传热效果。在交错周向转角排布方式下,相较于顺向周向转角都能达到更大的努赛尔数数值,也说明交错排布方式有更好的传热效果,但数值提高的不是特别大;由于交错周向转角排布方式在一定程度上减小了流动阻力,所以相较于顺向周向转角排布得到了更好的PEC值;在所研究的五种周向转角下无论在反应器核心区域内还是射流管分布范围内,平均努赛尔数都在40°时达到最大值,进一步验证了射流管布置设计中宜采用周向均布四个及左右为宜的猜想。在高雷诺数下无论是同时增大u A和u B还是保持u B流速不变,增大u A,两种工况下反应器的核心区域和射流分布区域的努赛尔数都相应的增大,但都无法达到很好的PEC值。因此如果想增强中心多股反应器的传热性能不能盲目的增大雷诺数,这样只会增加能耗。
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