桁架结构热交换器流动与传热实验研究
发布时间：2021-02-07 14:49
高温结构的散热问题一直是工程领域普遍关注的问题,尤其在航空航天以及其他高精尖领域,强化结构的散热一直是相关专家研究探讨的热点问题,研究并开发适用于不同工况要求的高效能换热设备已经成为当前换热技术发展的主要趋势。换热面积的拓展对热交换器换热效果的提升效果明显,桁架结构热交换器其高效热管理系统具备轻质、紧凑、高热效率和低流动阻力等众多普通换热设备不具备的优点,使其具有重大的科研和工程应用价值。为开展桁架结构热交换器流动和传热情况的研究,并验证这一新型热交换器的可行性,本文工作基于给定的实验工况范围设计搭建相关实验平台,对三个紧凑度（798 m2/m3、1331 m2/m3、2427 m2/m3）的桁架结构热交换器进行实验,通过控制冷、热工质入口温度和流速,测量工质进出口温度、压力和流量,观察实验现象,总结实验规律并归纳出不同工况的实验关联式。结果表明:随空气流速的增加,热交换器的换热量增加,且紧凑度越大换热量增加的越快;热交换器的总传热系数呈现对数增长的趋势,...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 强化传热技术介绍及目的和任务
1.2.1 强化传热技术介绍
1.2.2 强化换热技术目的和任务
1.3 桁架结构热交换器简介
1.4 桁架结构热交换器国内外研究进展
1.4.1 国外研究进展
1.4.2 国内研究进展
1.5 研究方法与内容
1.5.1 研究方法
1.5.2 研究主要内容
2 桁架结构热交换器实验系统及方法
2.1 实验目的
2.2 桁架结构热交换器实验系统
2.2.1 加热空气供给系统
2.2.2 加热水供给系统
2.2.3 测量系统
2.2.4 数据采集系统
2.3 实验方法
2.4 实验步骤
3 桁架结构热交换器实验研究
3.1 实验台系统热平衡分析
3.2 实验台系统可靠性重复性验证
3.3 实验处理方法
3.3.1 实验数据筛选
3.3.2 实验数据处理
3.3.3 实验不确定度分析
3.4 实验工况
3.5 桁架结构热交换器换热性能分析
3.5.1 入口空气流速对热交换器换热量的影响
3.5.2 空气来流雷诺数对热交换器效能的影响
3.5.3 入口空气流速对热交换器换热系数的影响
3.6 桁架结构热交换器阻力性能分析
3.6.1 入口空气流速对热交换器阻力性能的影响
3.6.2 空气来流雷诺数对热交换器总压恢复系数的影响
3.7 性能评价与实验关联式总结
3.7.1 桁架结构热交换器性能评价
3.7.2 传热系数经验关联式
3.7.3 流动阻力系数经验关联式
3.8 本章小结
4 桁架结构热交换数值模拟及优化
4.1 FloEFD介绍
4.1.1 FloEFD研发背景和历史
4.1.2 FloEFD的特点和优势
4.2 桁架结构热交换器流动及换热数值模拟
4.2.1 物理模型
4.2.2 模型假设
4.2.3 控制方程
4.2.4 边界条件与物性参数
4.3 模型求解
4.3.1 网格无关验证
4.3.2 数值模拟过程
4.4 数值模拟结果分析
4.4.1 实验模拟对比分析
4.4.2 压力场、温度场分析
4.5 优化设计方向
4.6 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
符号说明
攻读硕士学位期间发表学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于增材制造的多层金字塔点阵夹芯板抗压缩性能[J]. 郑权,冀宾,李昊,韩涵,雷磊. 航空材料学报. 2018(03)
[2]微桁架点阵结构在飞机结构/功能一体化中的应用[J]. 王向明,苏亚东,吴斌,张瑞,王福雨,汪嘉兴,邢本东. 航空制造技术. 2018(10)
[3]双分散多孔介质圆管通道中骨架发热对强迫对流传热的影响[J]. 王克用,李培超. 热科学与技术. 2017(01)
[4]轻质点阵夹芯结构主动换热性能影响因素分析[J]. 闫国良,毛伟,万小朋. 机械科学与技术. 2017(03)
[5]轻质点阵主动冷却壁板热流固耦合响应分析[J]. 罗树坤,宋宏伟,黄晨光,王曦,王一伟. 强度与环境. 2012(02)
[6]碳纤维增强点阵夹芯结构的散热承载协同优化[J]. 张磊,邱志平. 航空动力学报. 2012(01)
[7]Mechanical Response of All-composite Pyramidal Lattice Truss Core Sandwich Structures[J]. Ming Li1,2),Linzhi Wu2),Li Ma2),Bing Wang2) and Zhengxi Guan1) 1) No.201 Faculty,Xi an Research Institute of High-tech,Xi an 710025,China 2) Center for Composite Materials,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(06)
[8]多孔介质中传热传质机理研究[J]. 宫克勤,孙苗苗. 油气田地面工程. 2009(04)
[9]强化换热的方法及新进展[J]. 韩冰,徐之平. 能源研究与信息. 2008(04)
[10]高超声速飞行器热防护材料与结构的研究进展[J]. 杨亚政,杨嘉陵,方岱宁. 应用数学和力学. 2008(01)
博士论文
[1]多功能复合点阵夹芯结构主动换热及优化设计[D]. 高亮.哈尔滨工业大学 2014
[2]基于Ashby设计思想的新型点阵结构[D]. 殷莎.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]轻质点阵主动换热壁板热力耦合分析[D]. 王晓君.哈尔滨工业大学 2014
[2]紧凑式换热器的综合性能设计与优选[D]. 吴恩.南京工业大学 2006
本文编号：3022390
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 强化传热技术介绍及目的和任务
1.2.1 强化传热技术介绍
1.2.2 强化换热技术目的和任务
1.3 桁架结构热交换器简介
1.4 桁架结构热交换器国内外研究进展
1.4.1 国外研究进展
1.4.2 国内研究进展
1.5 研究方法与内容
1.5.1 研究方法
1.5.2 研究主要内容
2 桁架结构热交换器实验系统及方法
2.1 实验目的
2.2 桁架结构热交换器实验系统
2.2.1 加热空气供给系统
2.2.2 加热水供给系统
2.2.3 测量系统
2.2.4 数据采集系统
2.3 实验方法
2.4 实验步骤
3 桁架结构热交换器实验研究
3.1 实验台系统热平衡分析
3.2 实验台系统可靠性重复性验证
3.3 实验处理方法
3.3.1 实验数据筛选
3.3.2 实验数据处理
3.3.3 实验不确定度分析
3.4 实验工况
3.5 桁架结构热交换器换热性能分析
3.5.1 入口空气流速对热交换器换热量的影响
3.5.2 空气来流雷诺数对热交换器效能的影响
3.5.3 入口空气流速对热交换器换热系数的影响
3.6 桁架结构热交换器阻力性能分析
3.6.1 入口空气流速对热交换器阻力性能的影响
3.6.2 空气来流雷诺数对热交换器总压恢复系数的影响
3.7 性能评价与实验关联式总结
3.7.1 桁架结构热交换器性能评价
3.7.2 传热系数经验关联式
3.7.3 流动阻力系数经验关联式
3.8 本章小结
4 桁架结构热交换数值模拟及优化
4.1 FloEFD介绍
4.1.1 FloEFD研发背景和历史
4.1.2 FloEFD的特点和优势
4.2 桁架结构热交换器流动及换热数值模拟
4.2.1 物理模型
4.2.2 模型假设
4.2.3 控制方程
4.2.4 边界条件与物性参数
4.3 模型求解
4.3.1 网格无关验证
4.3.2 数值模拟过程
4.4 数值模拟结果分析
4.4.1 实验模拟对比分析
4.4.2 压力场、温度场分析
4.5 优化设计方向
4.6 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
符号说明
攻读硕士学位期间发表学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于增材制造的多层金字塔点阵夹芯板抗压缩性能[J]. 郑权,冀宾,李昊,韩涵,雷磊. 航空材料学报. 2018(03)
[2]微桁架点阵结构在飞机结构/功能一体化中的应用[J]. 王向明,苏亚东,吴斌,张瑞,王福雨,汪嘉兴,邢本东. 航空制造技术. 2018(10)
[3]双分散多孔介质圆管通道中骨架发热对强迫对流传热的影响[J]. 王克用,李培超. 热科学与技术. 2017(01)
[4]轻质点阵夹芯结构主动换热性能影响因素分析[J]. 闫国良,毛伟,万小朋. 机械科学与技术. 2017(03)
[5]轻质点阵主动冷却壁板热流固耦合响应分析[J]. 罗树坤,宋宏伟,黄晨光,王曦,王一伟. 强度与环境. 2012(02)
[6]碳纤维增强点阵夹芯结构的散热承载协同优化[J]. 张磊,邱志平. 航空动力学报. 2012(01)
[7]Mechanical Response of All-composite Pyramidal Lattice Truss Core Sandwich Structures[J]. Ming Li1,2),Linzhi Wu2),Li Ma2),Bing Wang2) and Zhengxi Guan1) 1) No.201 Faculty,Xi an Research Institute of High-tech,Xi an 710025,China 2) Center for Composite Materials,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(06)
[8]多孔介质中传热传质机理研究[J]. 宫克勤,孙苗苗. 油气田地面工程. 2009(04)
[9]强化换热的方法及新进展[J]. 韩冰,徐之平. 能源研究与信息. 2008(04)
[10]高超声速飞行器热防护材料与结构的研究进展[J]. 杨亚政,杨嘉陵,方岱宁. 应用数学和力学. 2008(01)
博士论文
[1]多功能复合点阵夹芯结构主动换热及优化设计[D]. 高亮.哈尔滨工业大学 2014
[2]基于Ashby设计思想的新型点阵结构[D]. 殷莎.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]轻质点阵主动换热壁板热力耦合分析[D]. 王晓君.哈尔滨工业大学 2014
[2]紧凑式换热器的综合性能设计与优选[D]. 吴恩.南京工业大学 2006
本文编号：3022390
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