带凸球分流器翅片的传热与流动阻力特性研究

发布时间：2017-07-28 19:28

  本文关键词：带凸球分流器翅片的传热与流动阻力特性研究

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【摘要】：管翅式换热器具有结构紧凑、加工方便等优势,被广泛应用于制冷、空调、化工、电站等众多领域。多数管翅式换热器管外侧的流体一般为空气。由于翅片侧流动阻力较大,增加了换热器运行费用,因此,降低翅侧通道流动阻力系数是一个非常重要的课题。在管翅式换热器翅片圆管滞止点前冲压不同形状的凸球分流器,当流体流经圆管滞止点前安装凸球分流器翅片侧的通道时,圆管滞止点前的凸球分流器使流线发生变化,能有效降低流动阻力。本文用数值方法获得了带凸球分流器翅片侧通道内的传热、流动阻力和机械能耗散特性,并对其机理进行了详细分析。选取带凸球分流器翅片形成的翅片侧通道为计算区域,对计算区域进行合理的网格划分,为了保证数值模拟结果的正确性,对网格的合理性进行了考核。为了证明本文数值模拟方法的准确性,数值结果与实验结果进行了对比。之后,根据数值结果对比相同尺寸下带凸球分流器翅片与平直翅片各种性能:通道内横向截面和纵向截面的流场与温度场分布、努塞尔数Nu和阻力系数f随雷诺数Re的变化规律。获得了凸球分流器翅片结构参数,如翅片间距Tp、横向管间距S_1、凸球间距S_3、凸球分流器基面轴比Bit(长轴与短轴之比)、凸球深度c等对翅侧通道内传热与流动阻力的影响。分析通道内流体的机械能耗散特性,揭示流动阻力特性形成原因。研究结果表明:与平直翅片相比,在相同结构及工作条件下,带凸球分流器翅片的换热能力下降了2.72%,翅片侧通道的阻力系数下降了2.86%,当雷诺数越大越明显,以上区别也越大,凸球分流器能够明显降低翅片侧通道内流动压力损失;带凸球分流器翅片下表面的换热能力强于上表面的;带凸球分流器翅片侧通道的机械能耗散主要分布在带凸球分流器翅片和基管表面,其最大值分布在凸球表面前端和翅片基管表面α=20°-110°的范围内;局部机械能耗散与局部努塞尔数沿主流方向的分布趋势基本一致;平直翅片侧通道机械能耗散要高于带凸球分流器翅片侧通道的,雷诺数越大越明显,这说明凸球分流器降低了通道的机械能耗散,从而起到降低翅侧通道压力损失的作用;横向平均机械能耗散与横向平均努塞尔数具有一定的对应关系。
【关键词】：凸球分流器 传热 流动阻力 机械能耗散
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172;TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 课题研究的背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 本文的主要工作11-12
• 2 带凸球分流器翅片侧通道流动传热的物理数学模型12-18
• 2.1 带凸球分流器翅片侧通道的物理模型12
• 2.2 带凸球分流器翅片的结构参数12-13
• 2.3 带凸球分流器翅片侧通道的数学模型及边界条件13-15
• 2.3.1 数学模型的控制方程描述13
• 2.3.2 数学模型的边界条件描述13-15
• 2.4 传热及流体流动参数定义15-18
• 3 数值方法18-27
• 3.1 计算区域离散18-20
• 3.2 控制方程转换20-22
• 3.3 边界条件离散22-23
• 3.4 方程建立求解23-26
• 3.5 速度与压力的耦合26-27
• 4 带凸球分流器翅片侧通道的计算区域网格生成27-30
• 4.1 计算区域网格的生成27-28
• 4.2 计算区域网格的独立性考核28
• 4.3 数值结果与实验结果的对比28-30
• 5 带凸球分流器翅片侧通道的数值模拟结果及分析30-42
• 5.1 带凸球分流器翅片侧通道的流场特性31-32
• 5.2 带凸球分流器翅片侧通道的温度场特性32-33
• 5.3 翅片表面的传热特性研究33-38
• 5.3.1 翅片表面局部传热特性33-34
• 5.3.2 换热表面的横向平均传热特性34-36
• 5.3.3 雷诺数对传热与流动阻力特性的影响36-37
• 5.3.4 带凸球分流器翅片的性能评价37-38
• 5.4 带凸球分流器翅片的结构参数对传热与流动的影响38-41
• 5.4.1 翅片间距对传热与流动的影响38
• 5.4.2 横向管间距对传热与流动的影响38-39
• 5.4.3 凸球间距对传热与流动的影响39-40
• 5.4.4 凸球基面轴比对传热与流动的影响40
• 5.4.5 凸球深度对传热与流动的影响40-41
• 5.5 本章小结41-42
• 6 带凸球分流器翅片侧通道的机械能耗散特性42-52
• 6.1 带凸球分流器翅片侧通道的机械能耗散与局部机械能耗散42-45
• 6.1.1 局部机械能耗散与局部努塞尔数的关系44-45
• 6.2 带凸球分流器翅片与平直翅片侧通道的机械能耗散对比45-47
• 6.3 横向平均机械能耗散与努塞尔数的关系47-50
• 6.3.1 翅片间距对横向平均机械能耗散的影响47-48
• 6.3.2 横向管间距对横向平均机械能耗散的影响48-49
• 6.3.3 雷诺数对横向平均机械能耗散的影响49
• 6.3.4 凸球基面轴比对横向平均机械能耗散的影响49-50
• 6.4 通道内总机械能耗散与能量耗散的关系50-51
• 6.5 无量纲横向平均机械能耗散与欧拉数的关系51
• 6.6 本章小结51-52
• 结论52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-57
• 附录A 符号表57-60
• 攻读学位期间的研究成果60

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本文编号：585693