车用热交换器翅片几何结构优化的数值研究

发布时间：2017-09-10 15:54

  本文关键词：车用热交换器翅片几何结构优化的数值研究

  更多相关文章： 百叶窗翅片 数值模拟 结构优化 熵 火积

【摘要】：百叶窗式翅片换热器是一种紧凑式热交换器,因其独特的几何特征获得良好的换热性能,在汽车冷却系统中应用越来越广泛。可是,在获得良好性能的同时,百叶窗翅片也会产生很大的压降损失,而这将增大风机功率。因此,在百叶窗翅片的设计过程中,应该综合考虑其流动和换热两个方面的性能。本文采用三维仿真分析从不同的角度对百叶窗式翅片换热器进行了分析与优化,对其结构参数的设计提供了优化方向及建议。首先,本文对百叶窗式翅片的开窗角度θ、百叶窗间距L_p、翅片间距F_p、翅片厚度δ、百叶窗转向区长度S_2等结构参数进行了数值模拟,研究了其流动换热的影响规律。结果表明,除了百叶窗转向区长度S_2,其余各结构参数均对流动换热性能有明显影响,各结构参数的影响程度从大到小为:百叶窗角度θ、百叶窗间距L_p、翅片间距F_p、翅片厚度δ。其次,针对翅片间距F_p、翅片角度θ、百叶窗间距L_p、翅片厚度δ等四个结构参数设计了正交试验设计以获得性能最佳的翅片结构。此外,还研究了翅片间距和百叶窗间距比值(F_p/L_p)对流动换热性能的影响。研究表明:较小的翅片间距、翅片角度和百叶窗间距的可使翅片换热器的综合性能更好。最后,通过熵最小原理和火积耗散极值原理对不同工况及几何结构参数下的百叶窗翅片换热器进行优化。结果表明:最优结构的选择与百叶窗翅片换热器的工作状态密切相关。对于不同空气入口温度,当加热时,采用熵方法适用性更好;冷却时,火积方法的适用性更好。。
【关键词】：百叶窗翅片 数值模拟 结构优化 熵 火积
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.138
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 主要符号说明7-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究背景及意义8-16
• 1.1.1 平行流式换热器的发展及现状10-12
• 1.1.2 强化换热技术的发展和应用12-13
• 1.1.3 国内外研究现状13-16
• 1.2 本课题研究方法及内容16-18
• 2 模型与方法18-30
• 2.1 CFD概述18-19
• 2.2 百叶窗翅片的物理模型19-23
• 2.2.1 百叶窗翅片的几何模型19-20
• 2.2.2 数学模型及边界条件20-22
• 2.2.3 网格划分22-23
• 2.3 百叶窗翅片性能参数的计算23-25
• 2.4 百叶窗翅片模拟的模型验证25-28
• 2.4.1 网格无关性验证25-26
• 2.4.2 百叶窗翅片模拟的模型有效性验证26-28
• 2.5 本章小结28-30
• 3 翅片结构参数显著性影响分析30-44
• 3.1 显著性影响分析方法30
• 3.2 不同结构参数换热器的数值模拟30-40
• 3.2.1 百叶窗开窗角度 θ 对流动换热的影响30-32
• 3.2.2 百叶窗间距L_p对流动换热的影响32-35
• 3.2.3 翅片间距F_p对流动换热的影响35-37
• 3.2.4 翅片厚度 δ 对流动换热的影响37-39
• 3.2.5 百叶窗转向区长度S_2对流动换热的影响39-40
• 3.3 不同结构参数对流动换热的显著性影响分析40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 翅片结构参数的优化设计44-56
• 4.1 正交实验设计44-46
• 4.2 优化翅片的流动换热特性46-50
• 4.3 入口风速对翅片最优化结构的影响50-51
• 4.4 翅片间距和百叶窗间距比值（F_P/L_P）的影响51-54
• 4.5 本章小结54-56
• 5 基于熵与火积方法的翅片结构优化56-74
• 5.1 熵与火积的基本介绍56-57
• 5.2 百叶窗翅片换热器换热过程的熵与火积57-59
• 5.2.1 百叶窗翅片换热器的熵产推导58-59
• 5.2.2 百叶窗翅片换热器的火积耗散推导59
• 5.3 运行工况对熵产率与火积耗散率的影响59-63
• 5.3.1 温度对熵产率与火积耗散率的影响59-61
• 5.3.2 速度对熵产率与火积耗散率的影响61-63
• 5.3.3 翅片结构对熵产率与火积耗散率的影响63
• 5.4 结构参数优化后对比分析63-73
• 5.4.1 不同空气入口温度下的最佳翅片结构参数64-66
• 5.4.2 不同壁面温度下的最佳翅片结构参数66-69
• 5.4.3 不同风速下的最佳翅片结构参数69-73
• 5.5 本章小结73-74
• 6 结论及展望74-76
• 6.1 研究工作总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 附录82
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文82
• B 作者在攻读硕士学位期间参与科研项目82

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本文编号：825210