非连续环翅管束通道流动中涡动力学特性及其对传热的影响研究

发布时间：2020-07-24 08:53

【摘要】：管翅式换热器广泛应用于铁道机车设备换热器、石油化工、汽车动力等行业,其换热器的性能优化一直以来是众多学者研究和关注的焦点。翅片管束通道中的涡动力学特性决定着管翅换热器的关键功能特性:流动与传热特性。但目前对于这方面的研究较为少见,为了进一步为换热器的性能优化提供理论依据,有必要对管束通道中的涡动力学特征进行详细研究。在本文中选用了独立翅片管以及非连续环翅管束两种模型,对其涡动力学特性及其对传热性能的影响进行分析。本文根据文献选取了合适的计算区域并对其进行了结构化网格划分,在网格质量达到数值计算要求的情况下,采用SST k-ω湍流模型对网格进行独立性考核;其次运用文献中的实验数据进行对比来验证算法的合理性。通过改变翅片间距T_p、环翅宽度H_f来研究独立翅片管以及非连续环翅管束通道的涡动力学特性,包括翅管管后的流动特性、时均阻力系数C_(dm)、管后涡旋脱落频率f和斯特劳哈尔数St随雷诺数Re的变化规律等涡动力学特性;在管束通道涡动力学特性研究中增加了管间距比L_1/L_2对管束通道涡动力学特性的影响。本文后续通过非连续环翅管束通道中的涡动力学特性对传热的影响研究,得到管束通道中的涡动力学特性与平均努塞尔数Nu_m之间的关系。研究结果表明:在研究独立环翅管的涡动力学特性时,时均阻力系数呈现出随着雷诺数的增大先减小后增大至平稳的趋势;涡旋脱落频率虽然受到了环翅翅片结构参数的影响,但总体上还是随着雷诺数的增大而呈现出线性增大,斯特劳哈尔数随着雷诺数的增大而增大。在非连续环翅管束通道涡动力学研究中,由于受到管束结构以及环翅翅片的作用,本文研究中的中心翅片管的时均阻力系数小于独立翅片管,但随雷诺数的变化趋势基本一致;涡旋脱落频率随着雷诺数的增大而呈现出线性增大,斯特劳哈尔数随着雷诺数的增大先增大而后减小。在研究非连续环翅管束通道传热特性时发现,相对于翅片间距以及环翅宽度,雷诺数以及管间距比对管束通道的换热贡献更大;管束通道传热特性与来流空气的速度以及空气在翅管管后涡旋的脱落频率有关,而且涡旋的脱落频率对管束通道的换热能力有着较大的影响。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK172
【图文】：

非连续环翅管束通道流动中涡动力学特性及其对传热的影响研究管及环翅管束通道物理模型管结构及参数究独立翅片管以及非连续环翅管束通道中的涡动力学特性图 2.1 所示为独立翅片管结构示意图，当空气流经环独立翅替脱落的涡旋，独立翅片管管后的涡旋脱落规律与光滑单管同是管上布置的环翅片以及翅片与翅片之间的距离对于涡独立翅片管中重点模拟在不同环翅片结构参数以及翅片间距响。

8图 2.2 独立翅片管结构参数图示，D 为独立翅片管管外径，D0为圆管内径，Hf为环翅翅片δf为环翅翅片厚度。本文研究中，选取 D 为 10mm，D0=8.8mm，Tp取 15、20、25mm，本文中将翅片厚度δf默认为 0片宽度Hf以及环翅片间距Tp作为参数，在不同Hf以及不同

非连续环翅管束通道结构示意图

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本文编号：2768607