间断环面槽翅片管束通道内湍流流动与强化传热特性的研究
发布时间：2021-09-19 12:17
随着科学技术的进步和人类财富的积累,大量的一次能源被消耗,没有得到充分利用,废气残渣对环境产生了破坏性的污染。现阶段我国的坏境污染的主要因素就是能源品种单一,有效利用程度偏低。为了保护环境,节约能源,我国必须提高能源的有效利用率。换热器在能源的转化中有着举足轻重的地位,因此,基于换热机理,科学的分析影响换热器换热的因素,对学术研究和生产加工都有帮助,间断环面槽翅片属于开槽翅片中的一种,翅片表面换热系数比较大,同时流动阻力比较小,整体换热性能基本能满足工程需要,是目前适用范围比较广的开槽翅片。本文研究了环面槽截面直径、弧长以及翅片间距对间断环面槽翅片管束通道内的湍流流动与换热特性,得到以下结论:（1）间断环面槽对翅片具有导流的作用,诱导流体流向管翅式换热器圆管尾涡区,能够减小圆管尾涡区的大小,有效改善管后尾涡区的换热。并且,由于间断环面槽的存在,翅片表面的边界层受到破坏而无法连续的发展,翅片的换热性能得到增强。随着间断环面槽直径的增大,圆管管后尾涡区逐渐减小。（2）间断环面槽翅片管束通道内的流动与传热特性受间断环面槽横截面直径的影响比较明显,随着环面槽直径的增加,管束通道内的强化传热效果...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同结构的翅片换热器
兰州交通大学工程硕士学位论文-9-2间断环面槽翅片物理与数学模型2.1间断环面槽翅片物理模型本文研究对象为四排圆管环槽翅片换热器，如图2.1所示，其中来流方向为被打断的两个等截面的环面槽，去流方向为两个等截面的间断环面槽，等截面间断环面槽均对称分布在圆管周向，其中，绕管环槽是在翅片底部通过冲压切割形成的，所以该翅片是一种整体式翅片，该换热器的工作介质为水和空气，其中水工作于翅片圆管中，空气工作与翅片与翅片组合形成的通道中。图2.1间断环面槽翅片换热器本文所研究的翅片是由铜片冲压而成的，铜的导热系数比较大，圆管内部介质温度恒定，所以该换热器翅片空气侧的热阻为主要热阻，因此假设翅片与圆管表面温度均匀分布是合理的，即可以忽略翅片与圆管管壁的热阻，所以圆管与翅片厚度可以忽略不计。对物理模型几何参数定义如下：Lf定义了换热器翅片的流向长度，Tp为换热器相邻翅片间的距离，D为间断环面槽翅片圆管的外径,S1为圆管间的水平距离，S2圆管间的竖直距离,Dz为环槽绕圆管轴线直径，Dg为来流方向两个等截面环面槽以及去流方向两个等截面环面槽的截面直径，δf为翅片厚度，δg环面槽厚度，β为间断环面槽与纵向圆管纵向中心线的夹角，θ为环面槽轴线关于圆管圆心的弧长角度。计算中尺寸参数如表2.1所示：S1=26.5mm，S2=22.0mm，D=8.9mm，Tp=1.8mm、2.2mm、2.6mm，Dg=2.0mm、2.8mm、3.6mm，θ=30°、40°、50°，β=30°、25°、50°。通过改变Dg、θ、β以及TP来研究间断环面槽翅片管束通道内湍流流动与强化传热性能，找出流动特性换热性能最好的间断环面槽翅片结构。
间断环面槽翅片管束通道内湍流流动与强化传热特性的研究-10-图2.2间断环面槽翅片几何参数表2.1间断环面槽结构参数翅片编号Tp(mm)D1(mm)D2(mm)θ(°)β(°)Dg(mm)排数11.8121640252422.0121640252432.2121640252442.2121640252452.21217.640252.8462.21219.240253.6472.2121640252482.2121650202492.21216601524本文为了减少计算资源的浪费，基于所研究间断环面槽翅片的对称性，选取了较小但能合理模拟翅片换热机理的计算单元，如图3-4所示，即沿x方向截取四排圆管单元，沿y方向选取一排圆管单元，沿z方向选取一个翅片间距单元，从而构成一个管束通道作为数值模拟计算区域。本文假设x方向为来流方向，为了避免回流的影响，将出口延长10倍管径。
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪管内二次流动数值分析[J]. 蔡报炜,韩方林. 应用科技. 2020(03)
[2]板翅式及管翅式换热器气流湍流特性研究[J]. 符澄,赵波,徐大川,廖达雄,裴海涛,朱博,秦红岗. 实验流体力学. 2019(06)
[3]经济增长、能源强度与大气污染的关系研究[J]. 赵立祥,赵蓉. 软科学. 2019(06)
[4]换热器强化传热技术[J]. 刘思宇. 煤炭与化工. 2019(03)
[5]中国能源安全现状与矛盾转变[J]. 李齐. 国际石油经济. 2018(04)
[6]涡发生器矩形通道内流动换热性能[J]. 唐凌虹,曾敏. 中国科学院大学学报. 2018(02)
[7]进风角度对椭圆管翅式换热器流动性能的影响[J]. 唐凌虹,杜雪平,曾敏. 动力工程学报. 2017(08)
[8]纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化[J]. 何雅玲,楚攀,谢涛. 化工学报. 2012(03)
[9]纵向涡强化换热的优化设计及机理分析[J]. 楚攀,何雅玲,田丽亭,雷勇刚. 动力工程. 2009(12)
[10]正方形截面直通道内二次流现象的实验研究[J]. 郭亚军,毕勤成,何永清. 西安交通大学学报. 2009(07)
博士论文
[1]扭带及涡产生器在管内诱导的二次流强度及其强化传热特性研究[D]. 林志敏.兰州交通大学 2011
[2]车辆冷却系统空气侧特性研究[D]. 董军启.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]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[D]. 杨海鸿.兰州交通大学 2016
[2]叉排圆管非对称间断环面槽换热器翅片传热特性的数值研究[D]. 曹泷.兰州交通大学 2014
[3]复杂边界通道内的三维紊流数值模拟[D]. 郭鹏程.西安理工大学 2000
本文编号：3401600
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同结构的翅片换热器
兰州交通大学工程硕士学位论文-9-2间断环面槽翅片物理与数学模型2.1间断环面槽翅片物理模型本文研究对象为四排圆管环槽翅片换热器，如图2.1所示，其中来流方向为被打断的两个等截面的环面槽，去流方向为两个等截面的间断环面槽，等截面间断环面槽均对称分布在圆管周向，其中，绕管环槽是在翅片底部通过冲压切割形成的，所以该翅片是一种整体式翅片，该换热器的工作介质为水和空气，其中水工作于翅片圆管中，空气工作与翅片与翅片组合形成的通道中。图2.1间断环面槽翅片换热器本文所研究的翅片是由铜片冲压而成的，铜的导热系数比较大，圆管内部介质温度恒定，所以该换热器翅片空气侧的热阻为主要热阻，因此假设翅片与圆管表面温度均匀分布是合理的，即可以忽略翅片与圆管管壁的热阻，所以圆管与翅片厚度可以忽略不计。对物理模型几何参数定义如下：Lf定义了换热器翅片的流向长度，Tp为换热器相邻翅片间的距离，D为间断环面槽翅片圆管的外径,S1为圆管间的水平距离，S2圆管间的竖直距离,Dz为环槽绕圆管轴线直径，Dg为来流方向两个等截面环面槽以及去流方向两个等截面环面槽的截面直径，δf为翅片厚度，δg环面槽厚度，β为间断环面槽与纵向圆管纵向中心线的夹角，θ为环面槽轴线关于圆管圆心的弧长角度。计算中尺寸参数如表2.1所示：S1=26.5mm，S2=22.0mm，D=8.9mm，Tp=1.8mm、2.2mm、2.6mm，Dg=2.0mm、2.8mm、3.6mm，θ=30°、40°、50°，β=30°、25°、50°。通过改变Dg、θ、β以及TP来研究间断环面槽翅片管束通道内湍流流动与强化传热性能，找出流动特性换热性能最好的间断环面槽翅片结构。
间断环面槽翅片管束通道内湍流流动与强化传热特性的研究-10-图2.2间断环面槽翅片几何参数表2.1间断环面槽结构参数翅片编号Tp(mm)D1(mm)D2(mm)θ(°)β(°)Dg(mm)排数11.8121640252422.0121640252432.2121640252442.2121640252452.21217.640252.8462.21219.240253.6472.2121640252482.2121650202492.21216601524本文为了减少计算资源的浪费，基于所研究间断环面槽翅片的对称性，选取了较小但能合理模拟翅片换热机理的计算单元，如图3-4所示，即沿x方向截取四排圆管单元，沿y方向选取一排圆管单元，沿z方向选取一个翅片间距单元，从而构成一个管束通道作为数值模拟计算区域。本文假设x方向为来流方向，为了避免回流的影响，将出口延长10倍管径。
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪管内二次流动数值分析[J]. 蔡报炜,韩方林. 应用科技. 2020(03)
[2]板翅式及管翅式换热器气流湍流特性研究[J]. 符澄,赵波,徐大川,廖达雄,裴海涛,朱博,秦红岗. 实验流体力学. 2019(06)
[3]经济增长、能源强度与大气污染的关系研究[J]. 赵立祥,赵蓉. 软科学. 2019(06)
[4]换热器强化传热技术[J]. 刘思宇. 煤炭与化工. 2019(03)
[5]中国能源安全现状与矛盾转变[J]. 李齐. 国际石油经济. 2018(04)
[6]涡发生器矩形通道内流动换热性能[J]. 唐凌虹,曾敏. 中国科学院大学学报. 2018(02)
[7]进风角度对椭圆管翅式换热器流动性能的影响[J]. 唐凌虹,杜雪平,曾敏. 动力工程学报. 2017(08)
[8]纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化[J]. 何雅玲,楚攀,谢涛. 化工学报. 2012(03)
[9]纵向涡强化换热的优化设计及机理分析[J]. 楚攀,何雅玲,田丽亭,雷勇刚. 动力工程. 2009(12)
[10]正方形截面直通道内二次流现象的实验研究[J]. 郭亚军,毕勤成,何永清. 西安交通大学学报. 2009(07)
博士论文
[1]扭带及涡产生器在管内诱导的二次流强度及其强化传热特性研究[D]. 林志敏.兰州交通大学 2011
[2]车辆冷却系统空气侧特性研究[D]. 董军启.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]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[D]. 杨海鸿.兰州交通大学 2016
[2]叉排圆管非对称间断环面槽换热器翅片传热特性的数值研究[D]. 曹泷.兰州交通大学 2014
[3]复杂边界通道内的三维紊流数值模拟[D]. 郭鹏程.西安理工大学 2000
本文编号：3401600
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3401600.html
