重力热管流动与传热特性的数值模拟

发布时间：2017-05-24 08:12

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【摘要】： 重力热管具有传热性能优良、传热极限较高、环境适应性好、工作可靠等优点。近年来在节能、新能源的开发及利用等方面获得了日益广泛的应用。重力热管内部流动为汽液两相流动,涉及到两相流动沸腾和冷凝等多种流动和传热机理,是一个复杂的流动和传热系统。迄今为止,人们对这种传热装置的认识还不够完善。 建立数学模型是研究热管传热性能和内部工质的流动过程的一种重要的方法。它可以为热管的各种运行工况提供较为可靠的预测,为热管的设计和应用提供依据。本文首先简单回顾了热管的发展历史及应用情况,介绍了重力热管内部流动和传热性能的研究现状。然后在前人关于重力热管实验和理论研究的基础上,分析热管内部的流动和传热过程,并运用合理的假设条件,在二维柱坐标系下建立了描述重力热管内部流动和传热过程的数学模型。对于所建立的二维数学模型,采用求解压力耦合方程组的半隐式方法(SIMPLE算法)编写C语言计算机程序进行求解。针对一定工况下稳态运行的重力热管内的流动和传热特性进行数值模拟计算,得出了该工况下热管内部的温度场、压力场的分布情况,热管内部液膜和蒸汽的流动规律,并与前人的实验结果进行了比较,证明了数学模型及求解过程的正确性。在此基础上改变重力热管工作温度、蒸发段热流密度、冷凝段和绝热段长度比以及热管长度直径比等参数,分别计算分析以上参数变化对重力热管流动和传热性能的影响,为优化重力热管设计参数和提高重力热管的换热性能提供了理论依据。
【关键词】：重力热管 流动性能 传热性能 数值模拟
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 热管概述11-15
• 1.2.1 热管的发展历史11-12
• 1.2.2 热管组成与工作原理12-13
• 1.2.3 热管的基本特性及分类13-15
• 1.3 国内外关于重力热管的研究现状15-19
• 1.3.1 重力热管的传热机理15-17
• 1.3.2 重力热管的传热特性17-18
• 1.3.3 重力热管传热的数值模拟18-19
• 1.3.4 存在的问题19
• 1.4 本课题的研究内容19-21
• 第2章 重力热管的基本理论21-35
• 2.1 重力热管的工作原理21-22
• 2.2 重力热管内部工质的流动过程22-25
• 2.3 重力热管内部的传热分析25-30
• 2.3.1 对冷凝段的传热分析25-27
• 2.3.2 对蒸发段液膜的传热分析27-28
• 2.3.3 对蒸发段液池的传热分析28-30
• 2.4 液膜厚度和液池高度的确定30-35
• 2.4.1 液膜厚度的确定30-32
• 2.4.2 液池高度的确定32-34
• 2.4.3 液膜厚度和液池高度的计算过程34-35
• 第3章 重力热管数学模型的建立35-44
• 3.1 物理模型及假设条件35
• 3.2 流动与传热问题的控制方程35-36
• 3.3 计算区域的划分36-38
• 3.4 物理模型的数学描述38-42
• 3.4.1 蒸汽区38-40
• 3.4.2 液膜区40-41
• 3.4.3 固体壁区41-42
• 3.5 柱坐标下控制方程的通用形式42-44
• 第4章 模型采用的算法及求解过程44-61
• 4.1 数学模型求解的关键问题及其解决办法44-45
• 4.2 交错网格45-47
• 4.2.1 使用交错网格的必要性45-46
• 4.2.2 交错网格的特点46-47
• 4.3 交错网格上二维对流—扩散方程的离散47-54
• 4.3.1 一般变量的离散47-51
• 4.3.2 交叉网格上动量方程的离散51
• 4.3.3 离散方程组的求解——TDMA算法51-54
• 4.4 SIMPLE算法及其实施过程54-61
• 4.4.1 SIMPLE算法的基本思想54-55
• 4.4.2 压力与速度的修正方程55-57
• 4.4.3 SIMPLE算法的计算步骤57-58
• 4.4.4 速度与压力的亚松弛58
• 4.4.5 流场迭代求解收敛判据58-59
• 4.4.6 求解思路与实施过程59-61
• 第5章 求解结果及分析61-82
• 5.1 求解重力热管的基本参数61-62
• 5.2 数值求解结果62-70
• 5.2.1 重力热管内部液池高度和液膜厚度分布62-64
• 5.2.2 重力热管汽液界面的数值模拟结果64-65
• 5.2.3 重力热管内流场的数值模拟结果65-69
• 5.2.4 重力热管管壁的数值模拟结果69-70
• 5.3 参数变化对热管内流动与传热性能的影响70-82
• 5.3.1 热管内流动与传热性能的评价指标70-72
• 5.3.2 压力和温度分布随参数的变化规律72-78
• 5.3.3 速度分布随加热功率的变化78-79
• 5.3.4 速度分布随热管工作温度的变化79-82
• 结论82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 迟军;于航;李继领;胡艳;;分离式热管应用于数据机房的可行性分析[J];建筑节能;2010年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 王光兰;基于物理模型的云模拟[D];武汉理工大学;2011年

2 张培鹏;煤矿回风余热回收利用的技术研究[D];山东科技大学;2011年

3 董媛媛;重力式热管吸附床结构及传热特性研究[D];华中科技大学;2012年

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本文编号：390204