【摘要】：肋化通道強(qiáng)化換熱因其高效、可靠、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用,如渦輪葉片內(nèi)冷卻通道、太陽(yáng)能加熱器、電子元器件等。不同傾斜角度的肋不僅增大了換熱面積也會(huì)產(chǎn)生二次流。影響肋化通道強(qiáng)化傳熱的因素有很多,包括肋傾角、肋間距、肋尺寸、肋形狀等。本文采用數(shù)值計(jì)算的方式研究矩形通道內(nèi)不同傾斜角度粗糙肋的傳熱特性,并從二次流機(jī)理這一角度分析傾斜肋強(qiáng)化傳熱的原因,比較橫、縱向二次流對(duì)傳熱作出的貢獻(xiàn)。首先,建立三維矩形通道模型,與已知實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,選取合適的湍流模型。使用Solidworks建立三維矩形通道模型,采用ICEM CFD劃分結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格,使用FLUENT將五種湍流模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較,選取與實(shí)驗(yàn)值最接近的Realizable k-?模型進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算與分析。其次,改變通道內(nèi)的幾何參數(shù),分析不同幾何參數(shù)下的傳熱與流動(dòng)特性。改變肋間距與肋高比p/e、肋的寬高比w/e、肋的傾斜角度α以及肋的截面形狀,得到33種矩形通道模型。以努塞爾數(shù)Nu與阻力系數(shù)f為評(píng)價(jià)基礎(chǔ),分析雷諾數(shù)Re=8000~20000范圍內(nèi)不同幾何參數(shù)對(duì)傳熱與流阻的影響。通過(guò)分析溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)與湍流動(dòng)能,對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。再次,引入二次流強(qiáng)度,分析二次流強(qiáng)度及其與傳熱的關(guān)系。使用CFD-Post定義絕對(duì)渦通量與二次流強(qiáng)度,分析光滑通道、幾何參數(shù)對(duì)二次流強(qiáng)度的影響,比較橫向二次流強(qiáng)度與縱向二次流強(qiáng)度大小,以及二次流強(qiáng)度與傳熱的對(duì)應(yīng)關(guān)系。最后,得到如下肋化通道換熱結(jié)果:1.矩形通道內(nèi)設(shè)置不同傾斜角度粗糙肋使換熱得到加強(qiáng),但同時(shí)阻力系數(shù)也相應(yīng)提高。2.對(duì)肋間距與肋高比p/e、肋的寬高比w/e而言,隨著雷諾數(shù)Re的增大,Nu/Nu_0和f/f_0逐漸減小;對(duì)肋的傾斜角度α而言,隨著雷諾數(shù)Re的增大,30°、45°、60°、75°傾斜肋的Nu/Nu_0減小,f/f_0增大,90°肋的Nu/Nu_0和f/f_0均減小。3.對(duì)不同傾角的方形肋、長(zhǎng)方形肋、等腰三角形肋與靴形肋而言,45°肋具有最高的傳熱系數(shù)和阻力系數(shù),75°和90°肋的傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)較低。4.同一參數(shù)下,二次流強(qiáng)度與努塞爾數(shù)變化趨勢(shì)相同。在本文研究范圍內(nèi),不同肋形具有相同的二次流強(qiáng)度變化規(guī)律。橫、縱向二次流對(duì)傳熱都有一定的貢獻(xiàn),縱向二次流貢獻(xiàn)更大一些。二次流強(qiáng)度可以表征換熱特性,其與努塞爾數(shù)存在一定關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TK124
【圖文】：

是應(yīng)用廣泛的一種高溫外部冷卻技術(shù)。圖1.1 為氣膜冷卻示意圖，冷卻工質(zhì)從高溫壁面開(kāi)設(shè)的小孔高速射入主流，與主流摻混一起流向下游，附著在壁面上，形成薄膜保護(hù)層。形成的薄膜保護(hù)層可對(duì)高溫燃?xì)膺M(jìn)行隔離，并帶走部分高溫燃?xì)�，從而�?duì)壁面起到冷卻保護(hù)作用。實(shí)質(zhì)上，氣膜冷卻是冷熱流體間的交叉射流，是對(duì)流冷卻與氣膜冷卻共同作用的結(jié)果。

- 3 -圖 1.2 沖擊冷卻示意圖[7]冷卻的主要方式之一，應(yīng)用廣泛，效果好柱擾流冷卻，肋片擾流冷卻主要應(yīng)用于葉片尾緣區(qū)域。圖 1.3 為肋片擾流冷卻原理內(nèi)壁面上，包括直肋、傾斜肋和間斷肋等肋等，通過(guò)增加傳熱面積和加強(qiáng)氣流擾動(dòng)等，其換熱原理與肋片擾流冷卻原理相同

圖 1.3 肋片擾流冷卻原理冷卻可看作是沖擊冷卻的延伸，包括氣膜-對(duì)流冷卻和對(duì)流-沖復(fù)合冷卻技術(shù)，圖 1.4 為復(fù)合冷卻方式圖。氣膜-對(duì)流冷卻是冷卻結(jié)合起來(lái)的一種技術(shù)，廣泛用于渦輪葉片溫度最高的部位片前緣等。氣膜-對(duì)流冷卻既能提高冷卻效果，又能減少冷卻擊-氣膜相結(jié)合的復(fù)合冷卻是將對(duì)流冷卻、沖擊冷卻和氣膜冷卻合冷卻技術(shù)，從葉片下部或頂端進(jìn)入葉片內(nèi)部，通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流效的冷卻，然后由葉片上的小孔流出對(duì)葉片外表面進(jìn)行冷卻保

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 徐亮;稅琳棋;張帥;高建民;;肋角度對(duì)矩形帶肋通道蒸汽流動(dòng)和換熱特性的影響[J];中國(guó)科技論文;2014年08期

2 劉銳;稅琳棋;王新軍;白曉偉;;帶肋矩形直通道內(nèi)的冷卻空氣換熱特性研究[J];熱能動(dòng)力工程;2011年05期

3 劉湘云;史保新;李克天;劉吉安;;螺旋內(nèi)肋管的流阻與換熱特性實(shí)驗(yàn)研究[J];中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

4 張效偉;朱惠人;;大型燃?xì)鉁u輪葉片冷卻技術(shù)[J];熱能動(dòng)力工程;2008年01期

5 李廣超;張魏;朱惠人;郭濤;;肋角度對(duì)矩形通道壁面換熱影響的研究[J];汽輪機(jī)技術(shù);2007年03期

6 張魏;李廣超;金文;;帶45°肋矩形通道換熱數(shù)值模擬[J];燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究;2006年03期

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本文編號(hào)：2758784