螺旋槽纹管管内流动和换热性能的研究

发布时间：2017-09-12 08:06

  本文关键词：螺旋槽纹管管内流动和换热性能的研究

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【摘要】：螺旋槽纹管作为一种高效换热异形管,广泛应用于国民经济的各个领域,针对该型管的强化换热研究也一直是当今社会的热点。螺旋槽纹管的结构参数包括内径d、螺距p、槽深e、螺旋升角β和头数N,这些结构参数都影响到螺旋槽管的综合换热能力,研究螺旋槽管的强化换热也即是研究这些参数对管内换热与流动的影响规律。本文主要利用Fluent软件,利用计算机强大的分析能力,数值模拟螺旋槽纹管强化换热与管内流动,并将其与普通光管换热能力与管内流动对比,得出一些有益结论。 本文首先对强化传热简单叙述,介绍了国内外研究现状与发展动态,并对螺旋槽纹管强化换热机理进行分析。螺旋槽纹管强化换热分为无相变强化换热和有相变强化换热,重点介绍了两种强化换热机理,针对本文研究的无相变强化换热,分析了对流换热的边界层热阻,提出了降低边界层热阻、减薄边界层厚度是螺旋槽管强化换热的主要机理 其次建立了两种管型(螺纹管和普通光管)的数学分析模型,用理论分析方法研究了两种管内对流换热能力,并通过理论计算得到了螺旋槽管的一些传热计算公式。接下来,运用Fluent软件对两种管型换热器进行三维数值模拟,并将计算结果与理论值进行对比分析。采用Fluent软件模拟得到螺旋槽管和光管的温度场、速度场、压力场等,计算出两种管的平均对流换热系数。重点分析了螺旋槽管的螺距p、槽深e、工质对强化换热的影响,研究表明,在Re数在1×104～5×104的范围内,螺旋槽管的换热能力是光管的2.1～3.6倍,不同的结构参数组合影响螺旋槽管的换热以及管内流动,螺距p=10mm、槽宽b=3mm、槽深e=1.25mm的螺旋槽管在管内雷诺数Re在1×104～5×104之间综合性能η最好的,且最大综合性能η为1.27。 最后,在综合参考前人研究的基础上,分析总结出一套针对螺旋槽管的换热性能评价指标,采用Webb-Bergels评价判定依据第一种条件,对本文研究的螺旋槽管进行了换热性能的评估,从评价结果表明,螺旋槽管比光管的换热能力有大幅度提高,因此,不仅从数值模拟结果,也从评价判定依据方面,证明了螺旋槽管的强化换热能力。
【关键词】：螺旋槽管 强化换热 Fluent 结构参数 性能评价
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 引言14-16
• 1 绪论16-30
• 1.1 概述16-17
• 1.2 强化传热概述17-20
• 1.2.1 采用高效能传热面积18-19
• 1.2.2 增大平均传热温差19
• 1.2.3 提高传热系数K19-20
• 1.3 螺旋槽管的强化传热机理20-23
• 1.3.1 无相变强化传热21-22
• 1.3.2 有相变强化传热22-23
• 1.4 螺旋槽纹管在强化传热技术中的应用与发展状况23-27
• 1.4.1 螺旋槽纹管介绍23-24
• 1.4.2 螺旋槽管的研究现状24-26
• 1.4.3 螺旋槽管的发展趋势26-27
• 1.5 本文的主要研究内容27-30
• 2 螺旋槽管内强化换热及阻力特性理论30-40
• 2.1 凝结换热理论研究30-37
• 2.1.1 无相变强化传热及阻力特性33-36
• 2.1.2 有相变强化传热及阻力特性36-37
• 2.3 螺旋槽管传热计算37-39
• 2.3.1 总传热系数K37-38
• 2.3.2 管内对流换热系数α_i38
• 2.3.3 管外凝结换热系数α_o38-39
• 2.3.4 阻力系数f39
• 2.3.5 光管管内传热公式39
• 2.3.6 光管管内摩擦系数39
• 2.4 本章小结39-40
• 3 螺旋槽管换热与管内流动的数值模拟40-60
• 3.1 引言40-42
• 3.1.1 计算流体力学的发展40-41
• 3.1.2 Fluent软件简介41-42
• 3.2 数学模型的建立42-45
• 3.2.1 对流换热42
• 3.2.2 控制方程的建立42-44
• 3.2.3 流体动力学基础44-45
• 3.3 几何模型45-46
• 3.4 网格划分46-47
• 3.5 边界条件47-48
• 3.6 计算模型的选取48-51
• 3.7 求解设置51-52
• 3.8 数值模拟结果及分析52-58
• 3.8.1 温度场分析52-54
• 3.8.2 压力场分布54
• 3.8.3 速度场分布54-57
• 3.8.4 湍流强度分布57-58
• 3.9 本章小结58-60
• 4 螺旋槽管换热及流阻性能分析60-74
• 4.1 螺距p对传热的影响规律60-61
• 4.2 槽深e对传热的影响规律61-62
• 4.3 壁厚t对传热的影响规律62-63
• 4.4 螺旋升角β对传热的影响规律63
• 4.5 螺旋头数N对传热的影响规律63-64
• 4.6 Re对传热的影响规律64-70
• 4.6.1 不同槽深下Re对Nu、f的影响64-65
• 4.6.2 不同螺距下Re对Nu、f的影响65-67
• 4.6.3 不同槽宽下Re对Nu、f的影响67-68
• 4.6.4 不同工作介质下Re对Nu、f的影响68-70
• 4.7 Re对综合性能指标η的影响规律70-72
• 4.8 本章小结72-74
• 5 螺旋槽管换热性能的评价74-80
• 5.1 Q/Q_s的换热性能评价指标75-76
• 5.2 A/A_s的换热性能评价指标76-77
• 5.3 Nu/Nu_s的性能评价准则77-78
• 5.4 螺旋槽管的换热性能评价78-79
• 5.5 本章小结79-80
• 6 总结和展望80-82
• 6.1 论文总结80
• 6.2 研究展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 作者简介及读研期间主要科研成果88

【参考文献】

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本文编号：836032