间断环面槽翅片环横截面直径对其流动传热性能的数值分析

发布时间：2017-10-17 20:42

  本文关键词：间断环面槽翅片环横截面直径对其流动传热性能的数值分析

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【摘要】：随着科技和经济的飞速发展,人类对能源能源的消耗也与日俱增,造成的污染和环境问题也同样带来了巨大的负面压力。我国在现阶段的能源利用中存在的主要矛盾为能源品种较为单一、能源有效利用率较低,所以如何提高能源的利用效率,减少对环境的排放在今天来看就显得尤为迫切。换热器作为当今在能源消耗、能源转化过程中利用最广泛的部件之一,提高其效率对提高能源利用率有着重要的影响。管翅式换热器作为一种紧凑式换热器,在石油化工、航空航天、汽车和冶金等工业领域中有着广泛的应用。实际应用中管翅式换热器性能的好坏主要取决于翅片表面的换热能力即翅片表面的换热系数。所以为了提高翅片表面传热系数同时不会显著增加流动的阻力,多种不同结构样式的翅片表面被研究开发出来。间断环面槽翅片作为一种典型的开槽翅片,有着良好的综合换热特性。本文就两排圆管间断环面槽对称分布的翅片结构进行了研究,通过抽象出数学模型来确定计算区域,对计算区域进行离散化后采用SIMPLE算法对不同环横截面直径、不同环面槽弧长在不同翅片间距下的流动及换热特性进行了数值分析。数值结果表明,在相同翅片间距的流动通道内的平均努赛尔数和二次流强度随着环横截面直径的增大而增大,在高雷诺数情况下表现的更为明显,阻力系数亦随着环横截面直径的增大而增大。环横截面直径一定时,翅片间距增大平均努赛尔数和阻力系数随之减小。而在相同环横截面直径和翅片间距的情况下,环面槽弧长角度越大平均努赛尔数及阻力系数都随之增大。通过计算强化换热因子JF得到了理论上的最佳环横截面直径和环面槽弧长角度及翅片间距,确定了本文所研究的几何结构条件下最佳的环横截面直径、环面槽弧长、翅片间距等几何参数。最后通过多元回归的方法拟合了本文及已发表的文献中所研究的几何参数条件下的努赛尔数、阻力系数与各几何参数之间的关联式关系,通过对这些几何参数之间关系的研究可为两排管的间断环面槽翅片的结构优化设计提供更多的依据。
【关键词】：间断环面槽 环横截面直径 环面槽弧长 流动换热 数值模拟
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景与意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 概述9-10
• 1.2.2 开槽、开缝翅片的研究10-12
• 1.2.3 二次流特性的研究12-13
• 1.3 本文主要工作13-14
• 2 物理模型及相关参数14-16
• 3 数学模型及数值方法16-20
• 3.1 数学模型描述方程16-17
• 3.2 计算区域及边界条件17-18
• 3.3 相关参数定义18-20
• 4 数值方法及可靠性判定20-31
• 4.1 计算区域离散20-22
• 4.2 边界条件离散22-23
• 4.3 求解方程建立23-26
• 4.4 速度和压力的耦合方法26-27
• 4.5 数值结果收敛判定27
• 4.6 网格系统27-29
• 4.7 网格独立性校核29
• 4.8 计算程序正确性考核29-30
• 4.9 数值计算的几何参数30-31
• 5 环横截面直径对流动换热的影响31-36
• 5.1 环横截面直径对翅片表面换热性能的影响31-32
• 5.2 环横截面直径对流场的影响32-33
• 5.3 环横截面直径对换热和阻力性能的影响33-34
• 5.4 环横截面直径对二次流的影响34-36
• 6 环面槽弧长及翅片间距对流动换热的影响36-39
• 6.1 环面槽弧长对换热和阻力性能的影响36
• 6.2 环面槽弧长对二次流的影响36-37
• 6.3 翅片间距对换热和阻力性能的影响37-39
• 7 传热强化的评价39-43
• 8 影响传热性能参数的相互关系43-48
• 结论48-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-53
• 附录A 符号表53-55
• 攻读学位期间研究成果55

【参考文献】

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本文编号：1050951