【摘要】：換熱器作為熱量交換的重要設(shè)備,在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位,改善換熱器結(jié)構(gòu)、研究新型換熱管對(duì)于節(jié)約能源、提高能源利用效率具有重要意義。螺旋波節(jié)管的螺旋凸起結(jié)構(gòu)能夠改變管側(cè)流體與殼側(cè)流體的流動(dòng)與傳熱,具有合理結(jié)構(gòu)參數(shù)的螺旋波節(jié)管能起到強(qiáng)化傳熱的目的。本文首先建立了光管、不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(螺旋凸起高度H、螺旋凸起間距P)的螺旋波節(jié)管和與螺旋波節(jié)管同參數(shù)的波節(jié)管的幾何模型,對(duì)幾何模型的流體區(qū)域和固體區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格劃分,對(duì)螺旋波節(jié)管的網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證,確定了85.95萬的網(wǎng)格數(shù)。將光管計(jì)算結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較,選擇RSM模型作為計(jì)算的湍流模型。然后根據(jù)建立的幾何模型進(jìn)行數(shù)值模擬,計(jì)算光管、螺旋波節(jié)管及波節(jié)管管內(nèi)外流體的努塞爾數(shù)Nu和阻力因子f,并計(jì)算螺旋波節(jié)管和波節(jié)管管內(nèi)外流體的綜合傳熱因子η,比較螺旋波節(jié)管與光管在流動(dòng)與傳熱特性方面的不同。結(jié)果表明,螺旋波節(jié)管管內(nèi)外流體的傳熱性能和流動(dòng)阻力均隨著H的增大而增高,當(dāng)P為20mm時(shí),單獨(dú)改變H,管內(nèi)外流體的Nu、f最高分別比光管提高60.5%、152.9%及70.8%、256.7%;螺旋波節(jié)管管內(nèi)外流體的傳熱性能和流動(dòng)阻力均隨著P的減小而增高,當(dāng)H為1.5mm時(shí),單獨(dú)改變P,管內(nèi)外流體的Nu、f最高分別比光管提高52.4%、128.3%及56.6%、124.5%。對(duì)具有相同H、P的波節(jié)管進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果發(fā)現(xiàn)波節(jié)管管內(nèi)外流體的傳熱性能與流動(dòng)阻力均在一定程度上高于螺旋波節(jié)管。當(dāng)Re_i高于7500時(shí),螺旋波節(jié)管的管側(cè)綜合傳熱性能高于波節(jié)管,對(duì)于殼側(cè)流體而言,其綜合傳熱性能比螺旋波節(jié)管高2.3%至5.8%。最后分析螺旋波節(jié)管管側(cè)和殼側(cè)流體的速度分布、溫度分布、壓力分布和湍動(dòng)能分布,并分析管側(cè)流體、殼側(cè)流體的速度場與溫度梯度場的協(xié)同性,進(jìn)一步研究了流體入口雷諾數(shù)(Re_i和Re_o)及螺旋波節(jié)管結(jié)構(gòu)參數(shù)(P和H)對(duì)流體流動(dòng)參數(shù)、傳熱參數(shù)的影響規(guī)律,揭示螺旋波節(jié)管強(qiáng)化傳熱的機(jī)理。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士論文括管長 L=240mm、管壁厚 δ=2.5mm、直管段管內(nèi)徑 d半徑 r=7.5mm、螺旋凸起外半徑 R=7.5mm，變化的參螺旋凸起高度 H；波節(jié)管與螺旋波節(jié)管中的一支具有相管內(nèi)徑 D=40mm、管壁厚 δ=2.5mm。幾何模型示意圖如。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士論文2.2.2 網(wǎng)格劃分本文使用的網(wǎng)格劃分工具為 ANSYS ICEM CFD 15.0，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，網(wǎng)格分為四部分：管側(cè)流體網(wǎng)格、管體網(wǎng)格、殼側(cè)流體網(wǎng)格和殼體網(wǎng)格。由于流體存在粘性，，在換熱管內(nèi)、外壁面以及殼體內(nèi)壁面上會(huì)形成邊界層，需要對(duì)這三個(gè)壁面附近的流體網(wǎng)格進(jìn)行加密，邊界層第一層網(wǎng)格厚度為 0.04mm，之后網(wǎng)格徑向厚度以1.3 的增長率增加。網(wǎng)格劃分情況如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2687330