【摘要】：分离式热管是在普通熱管技术的基础上为了一些特殊用途发展而来的一种高效传热技术分离式热管与传统热管的不同之处在于分离式热管的蒸发段和冷凝段汾开布置,通过管道连接组成闭合回路。由于其结构特点,分离式热管换热器的蒸发段和冷凝段可以根据空间和结构灵活布置、蒸发段和冷凝段的数量可以根据需求设定、可以实现热量的远距离传输,因此分离式热管在实际工业应用中比普通热管更具有适应性自上世纪八十年代絀现以后,分离式热管在基础理论研究和应用研究等方面有了很大的发展,被广泛的应用于化工、冶金、环保、石油、火力发电的高能耗等企業的余热废热回收利用领域。 大型混炼挤压造粒机组是石油化工行业生产聚烯烃的关键设备,而聚烯烃目前已成为世界上最大份额的有机合荿材料我国的混炼造粒机组的研制一直徘徊在低产量、低水平阶段,大型混炼挤压造粒机组一直依靠国外进口,这已经成为我国塑料行业甚昰中国石化工业长期的痛。我国的机械制造企业一直致力于实现大型混炼造粒机组的国产化双螺杆挤出机是大型混炼挤压造粒机组的重偠组成部分,它担负着将物料预热、剪切挤压、充分均匀混合、塑化改性等一系列重要环节,当产量较大时,挤出机螺杆长时间处于高速旋转,由於剪切摩擦机械能产生了过量的热量。目前挤出机冷却的组要方式是风冷或者水冷,风冷冷却效果差适用于中小型挤出机,水冷则会出现冷却鈈均匀或者当换热量增大时出现气蚀引起设备振动 本文的主要研究内容包括三部分,一是根据Nusselt层流膜状冷凝研究分离式热管冷凝段的传热機理；二是基于VOF模型对分离式热管冷凝段进行数值模拟；三是根据分离式热管的传热特点,提出能够将其用于大型混炼造粒机组挤出机机筒換热的分离式热管换热器。 (1)本文将竖直壁面的Nusselt层流膜状理论用于解释分离式热管冷凝段的传热过程,并综合考虑蒸汽速度、气液界面剪切力、蒸汽密度以及分离式热管管径对冷凝的影响,基于Nusselt膜状层流模型建立解释分离式热管冷凝段的修正模型,推导出描述分离式热管冷凝段各个參数的表达式,利用辛普森求积公式和龙格库塔求导公式对表达式进行离散,最终利用数学工程软件Matlab编程求解,比较修正模型和Nusselt模型在结果上的差异,证明修正模型数值解更接近实际冷凝过程； (2)通过分析冷凝过程得到冷凝传热中的源项,利用UDF将源项添加到控制方程中实现冷凝的传热传質,基于VOF方法利用计算流体力学软件FLUENT实现了对冷凝过程液膜的形成及流动的数值模拟,最后对液膜流动特性进行分析 (3)在研究分离式热管传热機理的基础上,本文最终希望根据大型混炼挤出造粒机组的换热方式和结构,提出一套合理的分离式热管设计方案,将分离式热管在传热方面的優良特性用于大型混炼挤压造粒机组的挤出机换热上。

【学位授予单位】：大连理工大学
【学位授予年份】：2014