本文關鍵詞：緊湊式換熱器優(yōu)化設計及其相變傳熱研究

  更多相關文章： 緊湊式換熱器 數值模擬 泡沫金屬 多目標優(yōu)化 相變

【摘要】：泡沫金屬作為一種新型緊湊式換熱器的強化表面,在大大提高換熱的同時還減小了換熱器的體積和重量。本文對泡沫金屬的強化換熱性能進行分析,包括單因素的分析和復合循環(huán)的多目標優(yōu)化分析。最后又考察了波紋翅片管換熱器的相變換熱特性。主要內容和結論如下：(1)分別建立了常規(guī)的波紋翅片管換熱器和泡沫金屬翅片換熱器的數值模型,通過模型和網格考核,采用層流流動的共軛傳熱模型進行模擬,評價指標選擇綜合換熱指標PEC=(j/j0)/(f/f0)1/3。結果表明：與常規(guī)波紋翅片相比,泡沫金屬的多孔結構使得流體的分布更加均勻,固體骨架具有良好的導熱特性,同等工況下,泡沫金屬的PEC是常規(guī)波紋翅片的1.06-1.6倍。(2)對泡沫金屬翅片換熱器流動換熱影響的因素較多,主要有幾何參數、材料自身參數、操作參數等,通過對其單因素分析,發(fā)現(xiàn)：隨著管徑和流道寬度的增大,換熱器的PEC逐漸下降；隨著流道長度、泡沫金屬孔徑、材料導熱系數、環(huán)境溫度的增大,換熱器的PEC逐漸增大；當圓管在流道左右比值為2.8左右時PEC最大；當孔隙率為0.94～0.96附近時,其PEC最大。(3)建立了基于遺傳算法的復合循環(huán)的多目標優(yōu)化方法對泡沫金屬的流動換熱性能進行分析,目標函數為：Nu、f、PEC,結果表明：對各個目標函數影響的參數由大到小分別有進口速度、圓管縱向上部距離、圓管縱向下部距離、管徑、圓管橫向左部距離、圓管橫向右部距離等。優(yōu)化后得出最佳設計點,PEC=1.1436,此時流道寬W=15.6mm,流道長度L=34.71mm,圓管直徑De=8.92mm；操作參數為Vin=3.09m/s,Tin=307.55K,Ttube=278.97K。最后對得到的80組數據點進行擬合,得出相關的流動換熱關聯(lián)式。(4)建立了波紋翅片管換熱器的相變換熱模型,進行了場分析。分析結果發(fā)現(xiàn)：隨著濕空氣進口速度增加,jh逐漸減��；同樣的,隨著進口相對濕度的增加,jh也是逐漸減小的。
【關鍵詞】：緊湊式換熱器 數值模擬 泡沫金屬 多目標優(yōu)化 相變
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK172
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 課題的背景及意義10-11
• 1.2 緊湊式換熱器研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 泡沫金屬流動換熱的國內外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3.1 實驗研究13-15
• 1.3.2 數值模擬研究15-17
• 1.4 相變傳熱的國內外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本文研究內容與章節(jié)安排18-20
• 2 兩種緊湊式換熱器數值模擬分析及性能比較20-40
• 2.1 常規(guī)波紋翅片管換熱器數值模擬20-28
• 2.1.1 研究對象20-21
• 2.1.2 幾何模型21-23
• 2.1.3 數學模型23-24
• 2.1.4 計算結果處理方法24-25
• 2.1.5 數值計算方法25-28
• 2.2 泡沫金屬翅片管換熱器數值模擬28-34
• 2.2.1 泡沫金屬的基本概念和參數28-29
• 2.2.2 幾何模型29
• 2.2.3 數學模型29-31
• 2.2.4 計算結果處理方法31
• 2.2.5 數值計算方法31-34
• 2.3 兩種不同翅片類型的對比分析34-39
• 2.3.1 評價方法的選取34-35
• 2.3.2 兩種強化表面性能分析35-37
• 2.3.3 場分析37-39
• 2.4 本章小結39-40
• 3 泡沫金屬翅片換熱器的單因素分析40-51
• 3.1 泡沫金屬翅片幾何參數40-45
• 3.1.1 圓管直徑40-42
• 3.1.2 流道長度42-43
• 3.1.3 流道寬度43-44
• 3.1.4 圓管沿流道方向左右值44-45
• 3.2 泡沫金屬翅片自身結構參數45-49
• 3.2.1 孔徑45-46
• 3.2.2 孔隙率46-48
• 3.2.3 材料48-49
• 3.3 操作參數49-50
• 3.3.1 環(huán)境溫度49
• 3.3.2 制冷劑溫度49-50
• 3.4 本章小結50-51
• 4 泡沫金屬翅片換熱器多目標優(yōu)化研究51-74
• 4.1 計算單元和邊界條件設置51
• 4.2 復合循環(huán)模式優(yōu)化模型51-53
• 4.3 優(yōu)化方法的選取及相關設置53-58
• 4.3.1 優(yōu)化方法的選取53-54
• 4.3.2 相關設置54-58
• 4.4 多目標優(yōu)化結果分析58-72
• 4.4.1 場分析58-60
• 4.4.2 響應面分析60-65
• 4.4.3 靈敏度和權衡圖分析65-69
• 4.4.4 優(yōu)化結果69-72
• 4.5 泡沫金屬換熱器設計關聯(lián)式72
• 4.6 本章小結72-74
• 5 波紋翅片管換熱器空氣側相變傳熱性能研究74-81
• 5.1 濕空氣冷凝理論74-75
• 5.2 控制方程及相關的計算公式75-76
• 5.3 結果分析76-79
• 5.3.1 進口風速對換熱性能的影響76-78
• 5.3.2 進口相對濕度對換熱性能的影響78-79
• 5.4 本章小結79-81
• 6 結論與展望81-83
• 6.1 結論81-82
• 6.2 創(chuàng)新點82
• 6.3 展望82-83
• 參考文獻83-87
• 個人簡歷、碩士期間科研成果及發(fā)表論文87-88
• 致謝88

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