本文關鍵詞：帶凸球分流器翅片的傳熱與流動阻力特性研究

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【摘要】：管翅式換熱器具有結構緊湊、加工方便等優(yōu)勢,被廣泛應用于制冷、空調、化工、電站等眾多領域。多數管翅式換熱器管外側的流體一般為空氣。由于翅片側流動阻力較大,增加了換熱器運行費用,因此,降低翅側通道流動阻力系數是一個非常重要的課題。在管翅式換熱器翅片圓管滯止點前沖壓不同形狀的凸球分流器,當流體流經圓管滯止點前安裝凸球分流器翅片側的通道時,圓管滯止點前的凸球分流器使流線發(fā)生變化,能有效降低流動阻力。本文用數值方法獲得了帶凸球分流器翅片側通道內的傳熱、流動阻力和機械能耗散特性,并對其機理進行了詳細分析。選取帶凸球分流器翅片形成的翅片側通道為計算區(qū)域,對計算區(qū)域進行合理的網格劃分,為了保證數值模擬結果的正確性,對網格的合理性進行了考核。為了證明本文數值模擬方法的準確性,數值結果與實驗結果進行了對比。之后,根據數值結果對比相同尺寸下帶凸球分流器翅片與平直翅片各種性能:通道內橫向截面和縱向截面的流場與溫度場分布、努塞爾數Nu和阻力系數f隨雷諾數Re的變化規(guī)律。獲得了凸球分流器翅片結構參數,如翅片間距Tp、橫向管間距S_1、凸球間距S_3、凸球分流器基面軸比Bit(長軸與短軸之比)、凸球深度c等對翅側通道內傳熱與流動阻力的影響。分析通道內流體的機械能耗散特性,揭示流動阻力特性形成原因。研究結果表明:與平直翅片相比,在相同結構及工作條件下,帶凸球分流器翅片的換熱能力下降了2.72%,翅片側通道的阻力系數下降了2.86%,當雷諾數越大越明顯,以上區(qū)別也越大,凸球分流器能夠明顯降低翅片側通道內流動壓力損失;帶凸球分流器翅片下表面的換熱能力強于上表面的;帶凸球分流器翅片側通道的機械能耗散主要分布在帶凸球分流器翅片和基管表面,其最大值分布在凸球表面前端和翅片基管表面α=20°-110°的范圍內;局部機械能耗散與局部努塞爾數沿主流方向的分布趨勢基本一致;平直翅片側通道機械能耗散要高于帶凸球分流器翅片側通道的,雷諾數越大越明顯,這說明凸球分流器降低了通道的機械能耗散,從而起到降低翅側通道壓力損失的作用;橫向平均機械能耗散與橫向平均努塞爾數具有一定的對應關系。
【關鍵詞】：凸球分流器 傳熱 流動阻力 機械能耗散
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK172;TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-12
• 1.1 課題研究的背景9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-11
• 1.3 本文的主要工作11-12
• 2 帶凸球分流器翅片側通道流動傳熱的物理數學模型12-18
• 2.1 帶凸球分流器翅片側通道的物理模型12
• 2.2 帶凸球分流器翅片的結構參數12-13
• 2.3 帶凸球分流器翅片側通道的數學模型及邊界條件13-15
• 2.3.1 數學模型的控制方程描述13
• 2.3.2 數學模型的邊界條件描述13-15
• 2.4 傳熱及流體流動參數定義15-18
• 3 數值方法18-27
• 3.1 計算區(qū)域離散18-20
• 3.2 控制方程轉換20-22
• 3.3 邊界條件離散22-23
• 3.4 方程建立求解23-26
• 3.5 速度與壓力的耦合26-27
• 4 帶凸球分流器翅片側通道的計算區(qū)域網格生成27-30
• 4.1 計算區(qū)域網格的生成27-28
• 4.2 計算區(qū)域網格的獨立性考核28
• 4.3 數值結果與實驗結果的對比28-30
• 5 帶凸球分流器翅片側通道的數值模擬結果及分析30-42
• 5.1 帶凸球分流器翅片側通道的流場特性31-32
• 5.2 帶凸球分流器翅片側通道的溫度場特性32-33
• 5.3 翅片表面的傳熱特性研究33-38
• 5.3.1 翅片表面局部傳熱特性33-34
• 5.3.2 換熱表面的橫向平均傳熱特性34-36
• 5.3.3 雷諾數對傳熱與流動阻力特性的影響36-37
• 5.3.4 帶凸球分流器翅片的性能評價37-38
• 5.4 帶凸球分流器翅片的結構參數對傳熱與流動的影響38-41
• 5.4.1 翅片間距對傳熱與流動的影響38
• 5.4.2 橫向管間距對傳熱與流動的影響38-39
• 5.4.3 凸球間距對傳熱與流動的影響39-40
• 5.4.4 凸球基面軸比對傳熱與流動的影響40
• 5.4.5 凸球深度對傳熱與流動的影響40-41
• 5.5 本章小結41-42
• 6 帶凸球分流器翅片側通道的機械能耗散特性42-52
• 6.1 帶凸球分流器翅片側通道的機械能耗散與局部機械能耗散42-45
• 6.1.1 局部機械能耗散與局部努塞爾數的關系44-45
• 6.2 帶凸球分流器翅片與平直翅片側通道的機械能耗散對比45-47
• 6.3 橫向平均機械能耗散與努塞爾數的關系47-50
• 6.3.1 翅片間距對橫向平均機械能耗散的影響47-48
• 6.3.2 橫向管間距對橫向平均機械能耗散的影響48-49
• 6.3.3 雷諾數對橫向平均機械能耗散的影響49
• 6.3.4 凸球基面軸比對橫向平均機械能耗散的影響49-50
• 6.4 通道內總機械能耗散與能量耗散的關系50-51
• 6.5 無量綱橫向平均機械能耗散與歐拉數的關系51
• 6.6 本章小結51-52
• 結論52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-57
• 附錄A 符號表57-60
• 攻讀學位期間的研究成果60

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本文編號：585693