分離式熱管性能研究及在混煉造粒機上的應(yīng)用.pdf

1、分離式熱管是在普通熱管技術(shù)的基礎(chǔ)上為了一些特殊用途發(fā)展而來的一種高效傳熱技術(shù)。分離式熱管與傳統(tǒng)熱管的不同之處在于分離式熱管的蒸發(fā)段和冷凝段分開布置，通過管道連接組成閉合回路。由于其結(jié)構(gòu)特點，分離式熱管換熱器的蒸發(fā)段和冷凝段可以根據(jù)空間和結(jié)構(gòu)靈活布置、蒸發(fā)段和冷凝段的數(shù)量可以根據(jù)需求設(shè)定、可以實現(xiàn)熱量的遠距離傳輸，因此分離式熱管在實際工業(yè)應(yīng)用中比普通熱管更具有適應(yīng)性。自上世紀八十年代出現(xiàn)以后，分離式熱管在基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究等方面有了很

2、大的發(fā)展，被廣泛的應(yīng)用于化工、冶金、環(huán)保、石油、火力發(fā)電的高能耗等企業(yè)的余熱廢熱回收利用領(lǐng)域。
　　大型混煉擠壓造粒機組是石油化工行業(yè)生產(chǎn)聚烯烴的關(guān)鍵設(shè)備，而聚烯烴目前已成為世界上最大份額的有機合成材料。我國的混煉造粒機組的研制一直徘徊在低產(chǎn)量、低水平階段，大型混煉擠壓造粒機組一直依靠國外進口，這已經(jīng)成為我國塑料行業(yè)甚是中國石化工業(yè)長期的痛。我國的機械制造企業(yè)一直致力于實現(xiàn)大型混煉造粒機組的國產(chǎn)化。雙螺桿擠出機是大型混煉擠壓造粒機

3、組的重要組成部分，它擔(dān)負著將物料預(yù)熱、剪切擠壓、充分均勻混合、塑化改性等一系列重要環(huán)節(jié)，當產(chǎn)量較大時，擠出機螺桿長時間處于高速旋轉(zhuǎn)，由于剪切摩擦機械能產(chǎn)生了過量的熱量。目前擠出機冷卻的組要方式是風(fēng)冷或者水冷，風(fēng)冷冷卻效果差適用于中小型擠出機，水冷則會出現(xiàn)冷卻不均勻或者當換熱量增大時出現(xiàn)氣蝕引起設(shè)備振動。
　　本文的主要研究內(nèi)容包括三部分，一是根據(jù)Nusselt層流膜狀冷凝研究分離式熱管冷凝段的傳熱機理;二是基于VOF模型對分離式熱

4、管冷凝段進行數(shù)值模擬;三是根據(jù)分離式熱管的傳熱特點，提出能夠?qū)⑵溆糜诖笮突鞜捲炝C組擠出機機筒換熱的分離式熱管換熱器。
　　(1)本文將豎直壁面的Nusselt層流膜狀理論用于解釋分離式熱管冷凝段的傳熱過程，并綜合考慮蒸汽速度、氣液界面剪切力、蒸汽密度以及分離式熱管管徑對冷凝的影響，基于Nusselt膜狀層流模型建立解釋分離式熱管冷凝段的修正模型，推導(dǎo)出描述分離式熱管冷凝段各個參數(shù)的表達式，利用辛普森求積公式和龍格庫塔求導(dǎo)公式對表

5、達式進行離散，最終利用數(shù)學(xué)工程軟件Matlab編程求解，比較修正模型和Nusselt模型在結(jié)果上的差異，證明修正模型數(shù)值解更接近實際冷凝過程:
　　(2)通過分析冷凝過程得到冷凝傳熱中的源項，利用UDF將源項添加到控制方程中實現(xiàn)冷凝的傳熱傳質(zhì)，基于VOF方法利用計算流體力學(xué)軟件FLUENT實現(xiàn)了對冷凝過程液膜的形成及流動的數(shù)值模擬，最后對液膜流動特性進行分析。
　　(3)在研究分離式熱管傳熱機理的基礎(chǔ)上，本文最終希望根據(jù)大型