典型传热结构强化传热与减阻的流动控制研究

发布时间：2017-08-05 04:17

  本文关键词：典型传热结构强化传热与减阻的流动控制研究

  更多相关文章： 截断肋片 涡结构 二次球凸 热学性能 圆柱扰流

【摘要】：传热冷却问题是当今能源动力领域的重要研究课题。强化传热结构广泛应用于换热器,涡轮叶片,电子芯片,及医疗器械中。传统强化传热结构依靠直接破坏边界层来强化传热,形状和摩擦阻力明显增加,大大影响工作效率。首先采用截断肋片对传统连续型肋片进行改进。设计了四种不同截断形式,分析截断肋片的流动传热性能。与连续型肋片相比,截断肋片可以改善肋片的涡结构,增加流动的横向混合,提高综合传热性能。随后重点研究了中间截断肋片的热学性能,扩展到不同的肋片排布。(平行的,交错的,以及倾斜的,V形肋片等)。研究表明交错型中间截断肋片能够大范围的改进流动混合,提高肋片的换热效率。对球凹传热结构的研究中,发现球凹形状的改变影响球凹内部的流动冲击以及涡结构的喷射。同时研究了球凹中内置球凸的流动换热特性,球凹中内置球凸,有效限制球凹内部的流动循环区域,加强涡结构的喷射。此外,在内置球凸周围产生马蹄形的涡结构,加大了冷热流体的流动混合,提高换热效率。结合构型理论,把二次球凸引入到球凹结构的强化传热结构的设计中,控制了二次球凸的不同高度及相对位置。通过二次球凸,控制主流冲击凹槽内部的角度,减小流动循环区域,从而减小低传热区域。二次球凸相对位置的变化也会影响横向流动混合,改善传统球凹通道综合换热性能。对凹槽传热结构的改进是在交界处增加圆角,并通过截面形状最低点的移动,改变流动的再附着形式。改进后的凹槽结构在强化传热和阻力方面都远远好于传统肋片结构。同时,带圆角的圆柱形凹槽结构的热学性能也要优于普通圆柱形凹槽结构。在非稳态下圆柱扰流中研究中,改变了入口震荡流的频率和振幅,探究其对双圆柱扰流换热的影响。结果表明当震荡流的频率与圆柱扰流卡门涡街的自然频率接近时,换热效率会增大。当震荡流的振幅变大时,双圆柱表面的强化换热也会迅速增加。
【关键词】：截断肋片 涡结构 二次球凸 热学性能 圆柱扰流
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124;TK172
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 研究现状10-16
• 1.2.1 对流强化传热技术的发展10-11
• 1.2.2 典型强化传热结构11-16
• 1.3 研究内容16-18
• 第二章 数值计算方法18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 控制方程18-20
• 2.3 湍流模型20-22
• 2.4 CFD模型的离散22-23
• 2.5 流场的数值解法简介23-25
• 2.5.1 分离解法24-25
• 2.5.2 耦合解法25
• 2.6 软件介绍25-26
• 2.6.1 建模软件25
• 2.6.2 网格划分软件25-26
• 2.6.3 数值计算软件26
• 2.7 本章小结26-27
• 第三章 传统肋片通道的改进—截断肋片27-50
• 3.1 引言27
• 3.2 不同形式截断肋片的流动及传热特性27-40
• 3.2.1 物理模型和几何尺寸27-29
• 3.2.2 湍流模型29-32
• 3.2.3 边界条件和网格独立性32-33
• 3.2.4 参数定义33
• 3.2.5 结果分析33-40
• 3.3 中间截断肋片排布对其流动传热性能的影响40-49
• 3.3.1 物理模型和几何尺寸40-42
• 3.3.2 网格独立性42-43
• 3.3.3 结果分析43-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 球凹及其拓展结构的传热流动机理50-84
• 4.1 引言50
• 4.2 不同形状球凹结构的流动及传热特性50-60
• 4.2.1 物理模型和几何尺寸50-52
• 4.2.2 湍流模型52-54
• 4.2.3 边界条件和网格独立性54-55
• 4.2.4 参数定义55
• 4.2.5 结果分析55-60
• 4.3 球凹中内置球凸对其流动传热性能的影响60-70
• 4.3.1 物理模型和几何尺寸61-62
• 4.3.2 网格独立性62-63
• 4.3.3 结果分析63-70
• 4.4 二次球凸对球凹通道流动传热性能的影响70-83
• 4.4.1 物理模型和几何尺寸70-71
• 4.4.2 网格独立性71-73
• 4.4.3 结果分析73-83
• 4.5 本章小结83-84
• 第五章 圆柱形凹槽改进结构的流动传热研究84-97
• 5.1 引言84
• 5.2 物理模型和几何尺寸84-86
• 5.3 湍流模型的选择86
• 5.4 边界条件和网格独立性86-87
• 5.5 参数定义87
• 5.6 结果分析87-96
• 5.6.1 传热与阻力87-90
• 5.6.2 流场90-93
• 5.6.3 综合性能比较93-96
• 5.7 本章小结96-97
• 第六章 非稳态震荡流对圆柱扰流的流动换热影响97-103
• 6.1 引言97
• 6.2 物理模型和几何尺寸97-98
• 6.3 结构化网格98
• 6.4 相关结果98-102
• 6.5 本章小结102-103
• 第七章 总结与展望103-105
• 7.1 总结103-104
• 7.2 展望104-105
• 参考文献105-112
• 硕士期间发表论文112-114
• 硕士期间获得荣誉114-115
• 致谢115-116

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本文编号：623138