空气横掠平直翅片管流动与换热的数值研究

发布时间：2017-05-25 10:10

  本文关键词：空气横掠平直翅片管流动与换热的数值研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技及工业技术的迅猛发展以及能源的日益紧缺,对各领域中广泛应用的换热设备传热强化技术的研究也就越来越迫切。在众多的强化换热技术中,通过扩展换热面来增强换热器对流换热系数较低一侧的换热是最为常见的简单易行的方法。采用扩展换热面的各种类型的翅片管换热器在动力、能源、冶金、化工、空调与制冷等领域得到了广泛的应用,而且翅片管是各种管式换热面强化换热方法中最常用的方法。翅片管换热器的翅片有矩形、圆形、波纹、条缝等多种形式,其中平直翅片因其便于加工制造、装配简单,使用过程中不易发生形变而被广泛应用于空调、制冷、通风和汽车等换热设备中。 本文通过商用CFD软件对单排平直翅片管换热器通道内不可压缩空气稳态、层流流动的传热与流动阻力特性进行了三维数值模拟,探讨基管相对于翅片前缘位置的改变对翅片表面的对流换热、翅片效率产生的影响。通过数值模拟分析得出入口流速、翅片间距以及基管离翅片入口段的不同位置(l/d)对流动与换热的影响,得到了阻力系数(f)以及翅片和管壁面的平均努塞尔特数(Nu)随雷诺数(Re)、翅片间距和管相对位置(l/d)变化的关系；通过比较综合换热性能指数和翅片效率,获得了本文所研究的6种不同管位置(l/d)在不同Re及翅片间距下的最佳结构型式,并通过场协同原理进行了分析。另外,在相同的翅片面积下改变翅片长宽比,分析其对翅片表面的对流换热、翅片效率以及流动阻力的影响,得出换热性能最优的翅片长宽比结构,为平直翅片管的设计提供参考依据。 模拟计算的结果表明：翅管位置的改变对翅片通道内的流动与换热有较为明显的影响,远离翅片端部布置翅管有利于提高努塞尔特数并减小流动阻力系数,但翅片效率并非随着管远离翅片端部而逐渐增大,而是存在一个最优的翅管位置使得换热效果最好。不同翅片长宽比的结构中,其流动和换热特性有所差异,从综合换热性能指数和翅片效率两个方面得出了在翅片长宽比的值为1-1.5的范围内,翅片效率最高,换热效果最好。
【关键词】：数值模拟 平直翅片管 翅片效率 结构参数优化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景11-12
• 1.2 强化换热技术概述12-13
• 1.3 翅管式换热器13-15
• 1.4 平直翅片管换热器的研究进展15-17
• 1.5 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 数值模拟简述19-27
• 2.1 数值传热学的兴起与发展19-20
• 2.2 数值模拟方法的优点20-21
• 2.3 数值模拟方法介绍21-22
• 2.4 CFD简介22-25
• 2.5 本章内容小结25-27
• 第三章 翅片管换热器传热的基本理论27-31
• 3.1 提高翅片管换热器换热性能的途径27-28
• 3.2 翅片管换热器流体通道内的换热与流动特征28
• 3.3 流体流动的控制方程28-30
• 3.4 翅片管换热器的性能评价标准30
• 3.5 本章内容小结30-31
• 第四章 空气横掠平直翅片管的数值模拟31-41
• 4.1 几何模型31-34
• 4.1.1 模型的建立31-32
• 4.1.2 网格的划分32-34
• 4.2 数学模型34-36
• 4.2.1 基本假设及控制方程34-35
• 4.2.2 边界条件和物性参数的确定35
• 4.2.3 计算方法及收敛标准35-36
• 4.3 数据处理方法36-37
• 4.4 计算方法的验证37-39
• 4.4.1 模型的建立和网格的划分37-38
• 4.4.2 边界条件及计算方法38
• 4.4.3 验证结果分析38-39
• 4.5 本章内容小结39-41
• 第五章 数值模拟计算结果与分析41-73
• 5.1 进口风速与管位置的变化对管外空气流动和换热特性的影响分析41-52
• 5.1.1 不同进口风速和翅管位置的计算结果41-42
• 5.1.2 计算结果分析42-44
• 5.1.3 翅片表面的温度分布和翅片间的速度分布44-50
• 5.1.4 综合换热性能评价50-51
• 5.1.5 翅片效率的比较51-52
• 5.2 翅片间距的变化对管外空气流动和换热特性的影响分析52-61
• 5.2.1 不同翅片间距下的计算结果52-53
• 5.2.2 计算结果分析53-57
• 5.2.3 综合换热性能的比较57-59
• 5.2.4 翅片效率的比较59-61
• 5.3 场协同分析61-64
• 5.3.1 场协同原理简介61-62
• 5.3.2 不同翅片间距和管位置下的场协同角的比较62-64
• 5.4 翅片长宽比的不同对流动和换热特性的影响分析64-70
• 5.4.1 不同长宽比的翅片在模拟计算时的条件和方法64
• 5.4.2 不同长宽比翅片结构流体通道内的阻力系数对比64-65
• 5.4.3 不同长宽比翅片结构流体通道内的努塞尔特数对比65-66
• 5.4.4 翅片间距中剖面的速度流线图分析66-68
• 5.4.5 综合换热性能比较68-69
• 5.4.6 翅片效率的比较69-70
• 5.5 本章内容小节70-73
• 第六章 全文总结与展望73-75
• 6.1 本文主要内容与结论73
• 6.2 对未来研究的展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 攻读学位期间发表的学术论文81

【参考文献】

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本文编号：393411