百叶窗翅片圆管换热器肋侧传热和流动特性数值研究

发布时间：2017-09-26 17:19

  本文关键词：百叶窗翅片圆管换热器肋侧传热和流动特性数值研究

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【摘要】：具有占用空间小、易于加工等优势的管翅式换热器,在工业、运输、制冷、空调等诸多领域普遍应用。在空调系统中蒸发器、冷凝器是重要的组成部分,空调系统的能效与它们的性能好坏有着很大的关系。空气作为管外侧介质的管翅式换热器,空气侧热阻占主导因素,因而翅片侧换热能力的提高具有相当重要的意义。为了强化传热百叶窗翅片在空调领域应用广泛。当流体流经圆管与百叶窗翅片形成的通道时,翅片表面的百叶窗结构周期性破坏流体边界层的发展,实现强化传热的目的,但同时流动阻力也相应的变大。本文采用数值方法研究由圆管与百叶窗翅片形成通道内的流动与传热特性,并揭示结构参数对其性能的影响。论文选取圆管与百叶窗翅片形成的通道作为计算区域,对计算区域划分合理的网格,对数值解的网格独立性进行严格的考核,为了保证数值结果的合理性以及有效性,把得到的数据结果与实验得到的数据进行对比。用数值模拟的方法获得百叶窗翅片与平直翅片的各种参数性能,主要包括通道内横向截面和纵向截面的流场、翅片表面传热性能、横向平均努塞尔数Nus的变化规律,对比分析百叶窗翅片空气侧的流动、温度以及压力的分布情况;分析改变百叶窗角度θ、百叶窗间距Lp、横纵管间距S、翅片间距Fp、百叶窗换向区长度Ld以及百叶窗开缝单元数N等参数对百叶窗翅片通道传热以及流动特性的影响。研究结果表明:相对于平直翅片,圆管百叶窗翅片破坏了流体边界层的发展,有效地提高了翅片传热性能,传热得到了强化;百叶窗翅片几何参数对换热器性能有着非常明显的影响。平均努塞尔数随着百叶窗间距增大、百叶窗单元数增加、管间距减小而增加;摩擦因子随着百叶窗角度增大、百叶窗间距增大、管间距减小而增加;根据JF因子评价,就论文所研究的参数范围内,百叶窗翅片间距为2.10 mm的JF因子最大;翅片间距为1.28 mm时,百叶窗间距为1.2 mm的百叶窗翅片性能较佳,百叶窗换向区为1.95 mm的百叶窗翅片性能较佳,百叶窗角度θ为19°的翅片性能较佳,百叶窗单元数N为12百叶窗翅片性能较佳;翅片间距为1.68 mm时,百叶窗角度θ为19°的翅片性能较佳;翅片间距为2.10 mm时,百叶窗换向区为1.3 mm的百叶窗翅片性能较佳,百叶窗角度θ为27°的翅片性能较佳,百叶窗单元数N为12百叶窗翅片性能较佳。论文拟合出与Re和百叶窗角度θ、翅片间距Fp、百叶窗间距Lp、百叶窗换向区长度Ld、横纵管间距S、百叶窗开缝单元数N相关联的努塞尔数j与摩擦因子f的公式,并与实验的经验关联式进行对比,以便设计时参考使用。
【关键词】：百叶窗翅片圆管式换热器 换热性能 摩擦因子 数值研究
【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】：TK124;TK172
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景10-11
• 1.2 国内外研究现状以及存在的问题11-15
• 1.2.1 国内外研究现状11-14
• 1.2.2 存在的问题及研究目的14-15
• 1.3 本文的主要工作15-16
• 2 百叶窗翅片圆管换热器的模型16-23
• 2.1 圆管百叶窗翅片换热器结构16-17
• 2.2 圆管百叶窗翅片换热器的参数17-18
• 2.3 数学模型18-19
• 2.4 控制方程及边界条件19-21
• 2.4.1 百叶窗翅片的控制方程19-20
• 2.4.2 百叶窗翅片的边界条件20-21
• 2.5 传热和流动参数的定义21-23
• 3 数值方法23-32
• 3.1 计算区域变换23-25
• 3.2 控制方程的变换25-26
• 3.3 边界条件的转换26-27
• 3.4 方程建立求解27-28
• 3.5 速度以及压力项的修正28-30
• 3.6 速度与压力的耦合30
• 3.7 算法及其收敛判定30-32
• 4 网格系统32-36
• 4.1 数值解的网格独立性33
• 4.2 数值方法验证33-36
• 5 圆管百叶窗翅侧结果分析36-59
• 5.1 圆管百叶窗翅片与平直翅片的对比分析36-38
• 5.2 百叶窗翅侧通道内速度、温度以及压力场分布38-41
• 5.3 百叶窗翅片间距参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响41-45
• 5.4 百叶窗角度参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响45-47
• 5.5 百叶窗换向区长度参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响47-50
• 5.6 百叶窗单元数参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响50-51
• 5.7 百叶窗间距参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响51-52
• 5.8 百叶窗翅片横向管间距参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响52-54
• 5.9 百叶窗翅片纵向间距参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响54-55
• 5.10 圆管百叶窗翅片关联式55-59
• 结论59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 附录 符号表65-68
• 攻读学位期间的研究成果68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：924770