Y型内肋换热管的强化换热特性研究

发布时间：2022-12-18 03:08

　　随着社会的飞速发展,能源短缺、环境污染等问题日益凸显,如何提高能源利用率、达到节能减排的目的已成为人们关注的焦点。强化换热技术是解决能源短缺与环境污染等一系列问题的重要途径,纵向涡流强化换热技术是无源强化换热技术的一种。基于纵向涡流强化换热技术,本文提出一种新型内肋换热管结构,主要对换热管内流体流动与换热特性进行了分析与研究。本文利用ANSYS CFD15.0软件对Y型内肋换热管内流体流动与换热特性进行了数值仿真模拟,分析了不同Y型内肋结构参数对换热管换热特性的影响;而后,研究了脉动流非稳态下的Y型内肋换热管内的流动与换热特性;最后基于遗传算法对Y型内肋换热管的结构参数进行了优化设计。本文主要的成果如下:首先,使用Fluent 15.0软件对Y型内肋换热管进行了数值仿真求解,分析了换热管内流体流动特性,研究了不同结构参数对换热管内流体流动与换热的影响。结果表明,Y型内肋使得管内产生多个纵向涡流,管内流体扰动剧烈,近壁面区域和核心区域流体混合更加充分,近壁面区域粘性底层被破坏,换热能力得到强化;在Re（28）3500~17500时,综合评价因子PEC（28）1.4~1.85。当Y型内肋夹... 

【文章页数】：112 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 本文研究背景
    1.2 强化换热技术研究现状
    1.3 纵向涡流国内外研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 强化传热理论及对流换热评价标准
        1.4.1 场协同理论
        1.4.2 火积耗散原理
        1.4.3 综合评价因子PEC
    1.5 本文的研究意义及主要工作
    1.6 本章小结
第二章 数值模拟基本理论
    2.1 计算流体动力学概述
    2.2 控制方程
        2.2.1 基本假设
        2.2.2 质量守恒方程
        2.2.3 动量守恒方程
        2.2.4 能量守恒方程
    2.3 湍流数值模拟及近壁面处理
        2.3.1 湍流与层流的判断
        2.3.2 湍流求解方法
        2.3.3 常见的湍流模型
        2.3.4 边界层理论
    2.4 计算结果的处理
    2.5 ANSYSCFD软件简介
    2.6 本章小结
第三章 圆形管道内Y型内肋的强化传热研究
    3.1 几何模型的建立
    3.2 网格的划分
        3.2.1 网格划分过程
        3.2.2 网格独立性验证
    3.3 数值仿真求解设置
        3.3.1 湍流模型的选择
        3.3.2 边界条件设置
        3.3.3 求解控制设置
        3.3.4 近壁面区的处理
    3.4 Y型内肋换热管内流动与传热特性分析
        3.4.1 数值仿真准确性验证
        3.4.2 Y型内肋换热管内的速度场分析
        3.4.3 Y型内肋换热管内的温度场分析
        3.4.4 Y型内肋换热管内的压力场分析
        3.4.5 Y型内肋换热管内的特征值的分析
    3.5 不同结构参数的Y型内肋对换热管内流动与换热影响的分析
        3.5.1 Y型肋长度L的影响
        3.5.2 Y型肋夹角α的影响
        3.5.3 Y型肋间距P的影响
    3.6 Y型内肋换热管内火积耗散分析
    3.7 本章小结
第四章 基于Y型内肋换热管内脉动流动及换热分析
    4.1 Y型内肋换热管内脉动流下的仿真模型
        4.1.1 瞬态边界条件设置
        4.1.2 瞬态求解控制设置
        4.1.3 相关参数的说明
        4.1.4 时间步长的独立性验证
    4.2 脉动流下Y型内肋换热管数值仿真结果的分析
        4.2.1 脉动流下的Y型肋的管内速度场分析
        4.2.2 频率对Y型内肋换热管内流动与换热的影响
        4.2.3 振幅对Y型内肋换热管内流动与换热的影响
        4.2.4 雷诺数对Y型内肋换热管内流动与换热的影响
    4.3 脉动流下Y型肋换热管内场协同及火积耗散分析
        4.3.1 场协同求解设置
        4.3.2 脉动流下的Y型肋换热管内场协同分析
        4.3.3 脉动流下的Y型肋换热管内火积耗散分析
    4.4 本章小结
第五章 基于遗传算法的Y型内肋换热管的结构参数优化
    5.1 结构优化设计概述
    5.2 遗传算法基本原理
        5.2.1 遗传算法的简介
        5.2.2 遗传算法的基本原理
        5.2.3 遗传算法的基本流程
    5.3 Y型内肋换热管的优化设计数学模型的建立
        5.3.1 设计变量
        5.3.2 目标函数
        5.3.3 约束条件
        5.3.4 优化设计数学模型
    5.4 优化结果讨论与分析
        5.4.1 基于遗传算法的优化结果分析
        5.4.2 基于MATLAB的fimicon函数优化结果分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]矩形通道中涡流发生器换热性能的实验研究与模拟[J]. 刘春江,阮仁君,郭凯,齐文哲,陶敏,黄哲庆.  天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(01)
[2]矩形小翼和三角形小翼纵向涡发生器流动换热的研究[J]. 曾卓雄,刘建全,王漳军,魏佳加.  热能动力工程. 2016(01)
[3]纵向涡发生器作用下矩形通道内流动换热性能研究[J]. 唐凌虹,谭思超,高璞珍.  原子能科学技术. 2014(05)
[4]圆管内置梯形翼片的流场特性PIV实验[J]. 车翠翠,田茂诚.  化工学报. 2013(11)
[5]涡发生器与螺旋片强化不同曲率的壳侧传热[J]. 张丽,谢彩朋,李雅侠,吴剑华.  化工学报. 2013(09)
[6]新型矩形翼纵向涡发生器流动与换热实验研究[J]. 闵春华,齐承英,谢尚群,孔祥飞.  热能动力工程. 2010(01)
[7](火积)耗散理论在换热器设计中的应用[J]. 许明田,程林,郭江峰.  工程热物理学报. 2009(12)
[8]不同排列方式下三角翼波纹翅片管换热器的换热性能比较[J]. 田丽亭,何雅玲,楚攀,雷勇刚.  动力工程. 2009(01)
[9]纵向涡强化换热特性及机理分析[J]. 田丽亭,雷勇刚,何雅玲.  工程热物理学报. 2008(12)
[10]带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器数值分析[J]. 楚攀,何雅玲,李瑞,雷勇刚.  工程热物理学报. 2008(03)

博士论文
[1]基于场协同理论的纵向涡强化换热技术及其应用[D]. 孟继安.清华大学 2003

硕士论文
[1]螺旋型波纹管强化传热的数值模拟及其优化[D]. 李香.西安电子科技大学 2014
[2]螺旋槽管强化传热研究与应用[D]. 王丽芝.山东大学 2005



本文编号：3721210