基于激光剪切干涉的管及管束自然对流换热研究

发布时间：2021-09-28 08:51

　　管及管束的自然对流换热作为一种广泛存在于实际工程应用中的自然现象,对其换热规律的探讨一直吸引着诸多学者。横向大剪切干涉作为一种输出条纹简单,抗干扰能力强的激光干涉测量手段,已被广泛应用于温度场的检测之中。计算机技术和数值算法的飞速发展促进了计算流体力学的进步,采用数值模拟对流体换热进行预测已成为当前换热研究中不可或缺的一部分。本文拟采用这两种研究手段对单根椭圆管、三根椭圆管构成的椭圆管束、单根圆管、水平双圆管的自然对流换热情况进行分析。对单根椭圆管的自然对流换热研究,选用数值模拟的方式,考虑了无限大空间和受限空间两种结构,探究了椭圆管在不同偏转角度下的换热差异,结果表明,无限大空间的椭圆管,其局部换热系数的最大值总是位于椭圆管长轴远离羽状流侧,最小值总是位于羽状流附近;有限空间中的椭圆管,其局部换热系数的最大值随着Ra的增大显著增大,而最小值则基本不变。对椭圆管束的自然对流换热研究,选用数值模拟的方式,考虑了受限空间中,上壁面距最上方管的距离、管间距、椭圆管短长轴之比对系统换热的影响,结果表明,最上方管受上壁面的影响最大且存在一个最大影响距离;管间距较小时阻挡作用占主要因素,随着管间距... 

【文章来源】：湖北工业大学湖北省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

计算流体力学求解过程图

管在不同偏转角度下的自然对流换热进行了数值受限空间两种情况。首先建立数学模型、确定控证以确定合适的网格数量；然后利用 ANSYS-Fl结果经 Tecplot 软件处理后进行分析。针对椭圆管已有结果进行了对比，验证了模拟的准确性；针热情况，分析了其相应的等温线图和流线图，考虑不同偏转角度对其局部换热系数的影响。型椭圆管为研究对象，采用数值模拟研究其不同偏，按照需求建立如图 3.1 所示的物理模型，其中，正方形腔内中心位置，椭圆管长半轴为 a=18 m AR=b/a=0.67。椭圆管长轴与 x 负方向的夹角的椭圆管在无限大空间与受限空间中的自然对流

数值模拟的准确性，并提高后续的计算效率。章采用了结构化网格和非结构化网格相结合的方式对计算域进行网格示意图如图 3.2 所示，将计算域用合适的圆形分成两部分，靠近椭圆密集的结构化网格划分，靠近腔体的部分采用由密到疏的非结构化网高效准确的得到模拟结果，对网格进行了无关解验证。表 3.1 所示即限大空间中，不同网格数量下计算所得的平均 Nu 与文献[71]中实验数可知，在网格数量为 30 万左右时即可满足计算精度要求。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全息术的水平偏置椭圆管自然对流换热[J]. 朱进容,代金梅,程晓敏,张金业,成纯富.  化工学报. 2016(04)
[2]基于Goose LDW-PSO的管壳式换热器优化设计[J]. 杜雪平,陈贵冬,曾敏,王秋旺.  工程热物理学报. 2010(04)
[3]高雷莱数条件下竖列管束的自然对流换热[J]. 杨世铭,蒋常建,徐建新,范云良.  工程热物理学报. 1997(05)



本文编号：3411603