高速列车用板翅式换热器波纹翅片通道传热特性研究
发布时间：2021-05-22 16:34
由于高速列车发展迅猛,使得高速列车冷却技术受到广泛关注,而板翅式换热器以换热效率高、结构紧凑、轻巧等优势受到青睐,论文以一种板翅式换热器的波纹通道为对象,用数值方法研究了波纹翅片通道的传热和流动特性,并将波纹翅片通道结果与平直翅片通道进行对比。在雷诺数等于300-2200范围内,还考察了波纹翅片通道几何参数（波纹振幅,波纹波长,翅片高度,翅片宽度）对通道传热和流动的影响。论文主要研究结果如下。在论文研究范围内,随着雷诺数的增大,波纹翅片通道的平均努塞尔数增大,而阻力系数却减小;平直翅片通道的变化趋势与波纹翅片的相同;且波纹翅片通道的平均努塞尔数和阻力因子均明显高于平直翅片通道。当波纹振幅增大,其他几何参数不变时发现,波纹振幅越大,平均努塞尔数越大,同时阻力因子也越大;当波纹波长减小,其他几何参数不变时发现,波纹波长越小,平均努塞尔数越大,阻力因子也越大;当改变翅片宽度,其他几何参数不变时发现,翅片宽度对阻力因子的影响甚微,当雷诺数小于800时,翅片宽度越小,平均努塞尔数越大,当雷诺数大于800时,翅片宽度越大,平均努塞尔数越大;当改变翅片高度,其他几何参数不变时发现,翅片高度越大,平均...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 高速列车
1.1.1 动车组牵引方式及特点
1.1.2 动车组冷却系统
1.2 板翅式换热器
1.2.1 板翅式换热器结构
1.2.2 翅片结构形式
1.2.3 国外发展现状
1.2.4 国内发展现状
1.3 本论文的主要任务
2 波纹通道板翅式换热器的物理模型
2.1 模型结构
2.2 模型的几何参数
2.3 数值模拟及边界条件描述
2.3.1 模型的数学描述
2.3.2 初始条件和边界条件
2.4 传热及流动参数定义
3 数值模拟
3.1 适体坐标的转换
3.2 控制方程和边界条件的离散化
3.2.1 离散化
3.2.2 控制方程的离散
3.2.3 边界条件的离散
3.2.4 计算平面上的离散
3.3 求解Navier-Stokes方程的压力修正方法
3.3.1 速度修正值的计算公式
3.3.2 求解压力修正值的代数方程
3.3.3 SIMPLE算法的计算步骤
3.3.4 流场迭代收敛的依据
4 网格划分及独立性检验
4.1 编程划分通道网格
4.2 网格独立性校核
4.3 数值方法的验证
5 数值结果与云图分析
5.1 温度场分布
5.2 局部努塞尔数和横向平均努塞尔数
5.3 流线图分布
5.4 强化传热效果
6 数值结果与分析
6.1 几何参数对换热性能的影响
6.2 波纹通道波长W的影响
6.3 波纹通道振幅A的影响
6.4 通道高度H的影响
6.5 通道宽度L的影响
6.6 二次流
6.6.1 二次流定义
6.6.2 结构参数对二次流的影响
6.6.3 几何参数与努塞尔数、阻力系数和二次流强度的关联式
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]百叶窗板翅式换热器换热与阻力性能数值模拟研究[J]. 李文江,张井志,吕迪,李蔚. 热能动力工程. 2019(02)
[2]平直开缝翅片和波纹翅片管换热器换热特性的数值模拟[J]. 宋源,李士雨. 化学工业与工程. 2019(02)
[3]板式换热器波纹通道的流动与传热机理[J]. 王茜,韩怀志,李炳熙. 化工学报. 2017(S1)
[4]多海拔下不同散热器翅片的性能分析[J]. 蔡惠坤,张银亮,廖亦戴,何天府. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(02)
[5]板翅式换热器技术的发展与应用[J]. 薛焘,佘志鸿,陈诚,汤瀚源,于型伟. 化工装备技术. 2016(04)
[6]波纹形翅片成形过程的有限元模拟与分析[J]. 尚帅,武宝林,田冬龙,沈铭乾. 机械设计. 2016(03)
[7]基于计算流体力学数值模拟的板式换热器传热与流动分析及波纹参数优化[J]. 张晶,文珏,赵力,李德育,王毅. 机械工程学报. 2015(12)
[8]波纹板式空气预热器内流动换热过程的数值模拟[J]. 秦赟,关欣,顿喆,刘昊俊. 动力工程学报. 2015(03)
[9]正弦波纹流道中流体流动和传热特性研究[J]. 王丹,宫本希,王永庆,刘敏珊. 机械设计与制造. 2014(10)
[10]不同波纹通道综合性能的数值研究[J]. 郭瑞,闫江涛. 电力学报. 2014(02)
博士论文
[1]换热通道内纵向涡干涉及其流动与强化传热特性数值研究[D]. 宋克伟.兰州交通大学 2014
硕士论文
[1]几何参数对三角形涡产生器矩形通道内流动与换热特性的影响研究[D]. 王萍.兰州交通大学 2018
[2]扁管蛇形间断波纹连续翅片侧流动与传热特性的数值研究[D]. 段飞.兰州交通大学 2015
[3]几种常见翅片通道内流动与传热的数值模拟[D]. 徐赛.天津大学 2015
本文编号：3201322
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 高速列车
1.1.1 动车组牵引方式及特点
1.1.2 动车组冷却系统
1.2 板翅式换热器
1.2.1 板翅式换热器结构
1.2.2 翅片结构形式
1.2.3 国外发展现状
1.2.4 国内发展现状
1.3 本论文的主要任务
2 波纹通道板翅式换热器的物理模型
2.1 模型结构
2.2 模型的几何参数
2.3 数值模拟及边界条件描述
2.3.1 模型的数学描述
2.3.2 初始条件和边界条件
2.4 传热及流动参数定义
3 数值模拟
3.1 适体坐标的转换
3.2 控制方程和边界条件的离散化
3.2.1 离散化
3.2.2 控制方程的离散
3.2.3 边界条件的离散
3.2.4 计算平面上的离散
3.3 求解Navier-Stokes方程的压力修正方法
3.3.1 速度修正值的计算公式
3.3.2 求解压力修正值的代数方程
3.3.3 SIMPLE算法的计算步骤
3.3.4 流场迭代收敛的依据
4 网格划分及独立性检验
4.1 编程划分通道网格
4.2 网格独立性校核
4.3 数值方法的验证
5 数值结果与云图分析
5.1 温度场分布
5.2 局部努塞尔数和横向平均努塞尔数
5.3 流线图分布
5.4 强化传热效果
6 数值结果与分析
6.1 几何参数对换热性能的影响
6.2 波纹通道波长W的影响
6.3 波纹通道振幅A的影响
6.4 通道高度H的影响
6.5 通道宽度L的影响
6.6 二次流
6.6.1 二次流定义
6.6.2 结构参数对二次流的影响
6.6.3 几何参数与努塞尔数、阻力系数和二次流强度的关联式
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]百叶窗板翅式换热器换热与阻力性能数值模拟研究[J]. 李文江,张井志,吕迪,李蔚. 热能动力工程. 2019(02)
[2]平直开缝翅片和波纹翅片管换热器换热特性的数值模拟[J]. 宋源,李士雨. 化学工业与工程. 2019(02)
[3]板式换热器波纹通道的流动与传热机理[J]. 王茜,韩怀志,李炳熙. 化工学报. 2017(S1)
[4]多海拔下不同散热器翅片的性能分析[J]. 蔡惠坤,张银亮,廖亦戴,何天府. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(02)
[5]板翅式换热器技术的发展与应用[J]. 薛焘,佘志鸿,陈诚,汤瀚源,于型伟. 化工装备技术. 2016(04)
[6]波纹形翅片成形过程的有限元模拟与分析[J]. 尚帅,武宝林,田冬龙,沈铭乾. 机械设计. 2016(03)
[7]基于计算流体力学数值模拟的板式换热器传热与流动分析及波纹参数优化[J]. 张晶,文珏,赵力,李德育,王毅. 机械工程学报. 2015(12)
[8]波纹板式空气预热器内流动换热过程的数值模拟[J]. 秦赟,关欣,顿喆,刘昊俊. 动力工程学报. 2015(03)
[9]正弦波纹流道中流体流动和传热特性研究[J]. 王丹,宫本希,王永庆,刘敏珊. 机械设计与制造. 2014(10)
[10]不同波纹通道综合性能的数值研究[J]. 郭瑞,闫江涛. 电力学报. 2014(02)
博士论文
[1]换热通道内纵向涡干涉及其流动与强化传热特性数值研究[D]. 宋克伟.兰州交通大学 2014
硕士论文
[1]几何参数对三角形涡产生器矩形通道内流动与换热特性的影响研究[D]. 王萍.兰州交通大学 2018
[2]扁管蛇形间断波纹连续翅片侧流动与传热特性的数值研究[D]. 段飞.兰州交通大学 2015
[3]几种常见翅片通道内流动与传热的数值模拟[D]. 徐赛.天津大学 2015
本文编号：3201322
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