基于场协同和（火积）耗散的换热管强化传热机理的CFD分析

发布时间：2023-02-20 22:14

　　随着全球能源危机的日益加剧,如何节约能源备受当代社会关注。由于换热设备在工业生产中的普遍应用,所以提高换热器效率,研究强化换热的新技术则成为了研究的热点和新课题。被动强化技术因为其无需额外的能耗而被工业上广泛应用。被动强化传热方法通常通过改变管道的表面几何形状或者在管道内部插入扰流物以达到强化传热的效果。本文以水为流动介质,采用CFD技术对圆管、椭圆直管、扭曲椭圆管、内置扭带圆管、内置格栅扭带圆管在层流状态下进行数值模拟,将各个管道进行热力学对比分析,并将场协同原理以及（火积）耗散理论应用于各换热管的优化设计,对其进行传热强化方面的理论分析,探究其强化传热机理,为工业应用提供理论基础。数值模拟结果表明:(1)随着椭圆直管以及扭曲椭圆管截面短长轴之比b/a值变小,Nu越大即越有利于传热,同时f也将增大即加大了流阻损失;随着管道扁度的增加,管道内流体的速度与温度梯度的平均协同角相应减小,速度与压降梯度的平均协同角相应增大,（火积）耗散值相应减小,即随着管道扁度的增加管道的传热效果相应提高;(2)扭曲椭圆管的管道长度一定时,管道扭曲角度越大,Nu与f均相应增大,流体速度场与温度梯度场的整体协...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 强化传热技术的研究现状
    1.3 强化传热理论的研究现状
        1.3.1 熵产最小化原理
        1.3.2 场协同理论
        1.3.3 （火积）与（火积）耗散
    1.4 本文研究工作
第2章 强化换热管单相受迫对流传热的CFD技术
    2.1 概述
    2.2 强化传热管单相受迫对流传热的数学模型
        2.2.1 控制方程以及边界条件
        2.2.2 无量纲化方程
        2.2.3 传热性能参数
    2.3 强化换热管数值计算中的关键问题及对策
        2.3.1 网格划分
        2.3.2 计算方法
        2.3.3 收敛性判据
    2.4 小结
第3章 换热管流动及传热特性的CFD数值模拟
    3.1 圆管、椭圆直管及扭曲椭圆管的数值模拟分析
        3.1.1 物理模型
        3.1.2 边界条件
        3.1.3 网格独立性检验和模型验证
        3.1.4 模拟结果和讨论
    3.2 内置扭带圆管的数值模拟分析
        3.2.1 物理模型
        3.2.2 边界条件
        3.2.3 模拟结果和讨论
    3.3 内置格栅扭带圆管的数值模拟分析
        3.3.1 物理模型
        3.3.2 边界条件
        3.3.3 模拟结果和讨论
    3.4 小结
第4章 基于场协同和（火积）耗散理论的管道流动传热的优化分析
    4.1 管道强化传热的优化技术方案讨论
    4.2 管道流动传热的场协同分析
        4.2.1 椭圆直管与扭曲椭圆管流动传热的场协同分析
        4.2.2 内置扭带圆管流动传热的场协同分析
        4.2.3 内置格栅扭带圆管流动传热的场协同分析
    4.3 管道流动传热的（火积）耗散分析
        4.3.1 椭圆直管与扭曲椭圆管流动传热的（火积）耗散分析
        4.3.2 内置扭带圆管流动传热的（火积）耗散分析
        4.3.3 内置格栅扭带圆管流动传热的（火积）耗散分析
    4.4 小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
主要符号表
致谢
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况



本文编号：3747411