本文關(guān)鍵詞：不同邊界條件下管外對(duì)流換熱性能的實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《重慶大學(xué)》 2006年

不同邊界條件下管外對(duì)流換熱性能的實(shí)驗(yàn)研究

高勝利  

【摘要】： 管外努謝爾數(shù)是管式換熱器(如電廠鍋爐中的省煤器、空預(yù)器,冶金爐中的各種換熱設(shè)備及其日常生活中的熱水器等)設(shè)計(jì)和校核的重要參數(shù)。一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法求得,即運(yùn)用牛頓冷卻公式求出管外對(duì)流換熱系數(shù),進(jìn)而求得管外努謝爾數(shù)。 研究換熱器的實(shí)驗(yàn)方法很多,其中以采用直接電加熱法模擬恒熱流邊界條件較為普遍,即管內(nèi)部通電流加熱,外部空氣橫掠。該方法把整個(gè)換熱器看成是等熱流密度的,但實(shí)際情況并非如此。管內(nèi)的熱流體經(jīng)過(guò)換熱器時(shí)溫度要發(fā)生變化,熱流密度也要發(fā)生變化,所以電加熱法與實(shí)際的換熱情況必定存在差別。探討這兩種邊界條件下對(duì)流換熱系數(shù)與努謝爾數(shù)的關(guān)系和差別,這對(duì)于換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)具有重要的意義。 采用實(shí)驗(yàn)研究的方法,分別對(duì)針翅管,平直翅片管和光管在同一風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。采用管內(nèi)電加熱法模擬第二類邊界條件,管內(nèi)流體加熱,管外空氣橫掠模擬第三類邊界條件,實(shí)驗(yàn)的管外雷諾數(shù)范圍為Re=5000～35000。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,光管在第三類邊界條件下的Nu是第二類邊界條件下的1.048倍,翅片管在第三類邊界條件下的努謝爾數(shù)Nu是第二類邊界條件下的1.073倍,針翅管第三類邊界條件下的努謝爾數(shù)Nu是第二類邊界條件下的1.1倍,且這個(gè)比例關(guān)系與雷諾數(shù)的變化無(wú)關(guān)。在同一邊界條件下,整體針翅管在整個(gè)實(shí)驗(yàn)流速范圍內(nèi)都比平直翅片管、光管有更強(qiáng)的換熱性能。為了進(jìn)一步研究產(chǎn)生這種差異的原因,采用FLUENT軟件對(duì)光管和針翅管單管的管外流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。得出在第三類邊界條件下,管內(nèi)流體充分發(fā)展后,管外局部對(duì)流換熱系數(shù)沿軸向不再變化。流場(chǎng)模擬結(jié)果顯示,在針翅附近速度場(chǎng)的大小和方向變化較大,證明針翅的存在激發(fā)了流體的邊界層分離和湍動(dòng),從而強(qiáng)化了傳熱,進(jìn)一步驗(yàn)證了經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出的針翅管換熱器具有的優(yōu)良性能。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：

摘要3-4

ABSTRACT4-9

1 緒論9-18

1.1 問(wèn)題的提出和背景9-10

1.2 換熱器發(fā)展及研究現(xiàn)狀10-13

1.3 數(shù)值模擬在換熱器中的研究現(xiàn)狀13-14

1.4 對(duì)流換熱的定義及其機(jī)理14-15

1.5 邊界條件的定義15-17

1.6 本課題的提出及研究?jī)?nèi)容17-18

2 傳熱實(shí)驗(yàn)原理與量綱分析18-24

2.1 相似理論及在傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用18-19

2.2 傳熱性能實(shí)驗(yàn)研究方法19-20

2.3 熱工測(cè)量在傳熱實(shí)驗(yàn)中的重要性20-22

2.4 本文實(shí)驗(yàn)概述22-24

3 實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)量方法24-34

3.1 第三類邊界條件下實(shí)驗(yàn)臺(tái)24-26

3.2 實(shí)驗(yàn)條件26-27

3.3 參數(shù)的測(cè)量和確定27-28

3.4 預(yù)備實(shí)驗(yàn)28-31

3.5 實(shí)驗(yàn)步驟31-32

3.6 第二類邊界條件下實(shí)驗(yàn)32-33

3.7 本章小結(jié)33-34

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理34-48

4.1 數(shù)據(jù)處理方法34-35

4.2 光管35-38

4.3 針翅管38-42

4.4 翅片管42-45

4.5 傳熱準(zhǔn)則方程45-46

4.6 本章小結(jié)46-48

5 誤差分析48-54

5.1 測(cè)量誤差的概念48

5.2 測(cè)量誤差分類48-49

5.3 隨機(jī)誤差的分布規(guī)律49-50

5.4 直接測(cè)量誤差分析與處理50-51

5.5 誤差的綜合51

5.6 各測(cè)量?jī)x表的精確度51-52

5.7 總誤差52

5.8 本章小結(jié)52-54

6 數(shù)值計(jì)算54-66

6.1 物理模型和數(shù)學(xué)模型54-55

6.2 數(shù)值計(jì)算方法55-57

6.3 計(jì)算結(jié)果與討論57-65

6.4 本章小結(jié)65-66

7 結(jié)論與展望66-68

7.1 主要結(jié)論66-67

7.2 后續(xù)工作展望67-68

致謝68-69

參考文獻(xiàn)69-72

附錄 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文72

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