传热管内置金属丝网强化传热特性的数值模拟

发布时间：2017-09-19 03:04

  本文关键词：传热管内置金属丝网强化传热特性的数值模拟

  更多相关文章： 强化传热 数值模拟 层流 流场调控

【摘要】：随着能源危机,环境恶化等问题的日益严峻,提高能源利用效率,发展可再生能源主导着能源新革命。换热设备作为能量传递与转化的工具,广泛应用于石油、化工、电力、矿产等工程领域。因此,发展换热效率高,结构紧凑的新型换热设备成为提高能源利用效率的有效途径。本文提出两种新型强化传热管,以水为工质,恒热流边界条件下,对其流动传热特性展开数值模拟研究,研究了传热管在层流状态下的换热性能,提示强化传热机理。首先,本文提出了内插圆柱丝网强化传热管,即在传热管内悬空插入丝网圆柱。微米级丝网网孔,厘米级管径,米级管长构成了一个复杂多尺度计算模型,基于几何建模与计算载荷考虑,提出当量直径一致原则与流通面积一致原则,将三维计算模型转化为二维计算模型。通过跨接网格方法,将网孔微米级网格与主流区网格合理链接,并将计算结果与实验数据进行对比,保证模拟数据的真实可靠。研究发现不同工况下,传热管内存在传热强化区与传热恶化区,且传热强化区长度与雷诺数Re存在强线性关系。基与该线性关系准则,进一步设计了周期性强化传热管,即在传热内分段插入丝网圆柱。结果表明,①周期性强化传热管可实现全长度强化传热,消除恶化区；②速度场与温度场得到有效调控,速度出现“双峰分布"新现象,近壁区速度及速度、温度梯度增大,边界层厚度明显减薄。其次,本文进一步研究了周期性强化传热管中丝网圆柱出口封头对传热性能的影响。分别研究了不加封头,实心封头,多孔丝网封头三类结构的传热性能。结果表明,实心封头传热管性能最优,不加封头传热管性能最差。最后,本文提出利用丝网圆锥代替丝网圆柱,构造新型传热管。与丝网圆柱垂直端面相比,锥形端面可有效减小流动阻力。选取三种不同丝网圆锥底面直径(δ/D=0.6、0.7、0.8)、间距(S/D=2、205、3)以及丝网规格(PPI=80、200、400)组成的27组结构参数,利用层流模型及周期性边界条件,研究不同参数对传热管性能的影响,并选出最优参数组合。结果表明,①丝网圆锥底面直径δ越大,丝网圆锥间距S越小,传热管综合性能越优；②丝网规格PPI的影响与运行工况有关,Re400时,小PPI传热管性能较优,400Re800时,中等PPI传热管性能较优,Re800时,大PPI传热管性能较优。
【关键词】：强化传热 数值模拟 层流 流场调控
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 强化换热技术研究现状11-19
• 1.2.1 实验研究现状14-18
• 1.2.2 数值模拟研究现状18-19
• 1.3 本文主要研究内容19-20
• 1.4 本章小结20-21
• 第2章 管内单相对流强化传热理论基础21-27
• 2.1 CFD理论基础21-24
• 2.1.1 CFD基本方法21-22
• 2.1.2 CFD工作流程22-23
• 2.1.3 CFD商用软件介绍23-24
• 2.2 对流强化传热原理24-26
• 2.2.1 强化传热技术机理分析24-25
• 2.2.2 强化换热技术评价准则25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 内插丝网圆柱强化传热管数值模拟27-50
• 3.1 物理模型27-28
• 3.2 数值模拟方法28-32
• 3.2.1 计算模型维度转换28-29
• 3.2.2 控制方程及边界条件29-30
• 3.2.3 网格生成及求解策略30-32
• 3.3 结果讨论与分析32-49
• 3.3.1 计算模型验证33-34
• 3.3.2 整体传热性能分析34-41
• 3.3.3 周期性强化管传热特性41-45
• 3.3.4 丝网圆柱出口封头对传热性能的影响45-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 内插丝网圆锥强化传热管数值模拟50-77
• 4.1 物理模型50-51
• 4.2 数值模拟方法51-56
• 4.2.1 计算模型维度转换51-53
• 4.2.2 控制方程及边界条件53-55
• 4.2.3 网格生成及求解策略55-56
• 4.3 计算结果分析56-75
• 4.3.1 周期性边界可行性及计算模型验证57-59
• 4.3.2 丝网圆锥间距S以及底面直径δ对流动传热的影响59-66
• 4.3.3 丝网规格PPI对流动传热的影响66-67
• 4.3.4 传热管流场、温度场分析67-75
• 4.4 本章小结75-77
• 第5章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 未来工作的展望78-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士学位期间学术成果及奖励85-86
• 致谢86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 屈治国,何雅玲,陶文铨;求解流动和传热问题的一种新的全隐算法-CLEAR(上)[J];工程热物理学报;2005年01期

2 屈治国,何雅玲,陶文铨;求解流动和传热问题的一种新的全隐算法-CLEAR(下)[J];工程热物理学报;2005年01期

，

本文编号：879104