本文關(guān)鍵詞：內(nèi)凸式螺紋管管程流動(dòng)與傳熱過程數(shù)值模擬研究與熵產(chǎn)特性分析

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【摘要】：能源緊缺已成為當(dāng)今全世界必須面對的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),其主要根源在于能源資源的不合理低效利用造成了巨大的能源浪費(fèi)。為了提高能源利用率,降低生產(chǎn)成本,同時(shí)減少對生態(tài)環(huán)境的污染,開發(fā)新型高效清潔的換熱器已成為強(qiáng)化換熱技術(shù)中的一個(gè)重要研究方向。本文以提高換熱器的強(qiáng)化換熱性能為目標(biāo),采用數(shù)值模擬方法研究了內(nèi)凸式螺紋管的流動(dòng)與傳熱特性及熵產(chǎn)特性,主要進(jìn)行了如下研究:(1)采用數(shù)值模擬方法研究了入口雷諾數(shù)Re、螺紋深度H和螺紋間距P對內(nèi)凸式螺紋管管程流動(dòng)與傳熱特性的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)傳熱性能隨著P的增大而降低,在低Re區(qū)域隨著Re和H的增大而提高,在高Re區(qū)域則相反;阻力性能隨著Re和H的增大而下降,隨著P的增大而上升;綜合傳熱性能在低Re區(qū)域隨著Re和H的增大而上升,隨P的增大而降低,在低Re則情況相反。(2)研究管程局部流動(dòng)與傳熱特性的空間分布規(guī)律,揭示了螺紋結(jié)構(gòu)強(qiáng)化換熱的機(jī)理。結(jié)果表明,內(nèi)凸式螺紋管的螺紋結(jié)構(gòu)會擾動(dòng)和破壞管程的速度邊界層和溫度邊界層,加劇流體湍動(dòng)程度,增強(qiáng)流體摻混能力和熱擴(kuò)散能力,從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱的目的。(3)對比研究了內(nèi)凸式螺紋管和內(nèi)凸式波節(jié)管管程的流動(dòng)與傳熱特性,結(jié)果表明這兩種管型具有相近的換熱性能,但內(nèi)凸式螺紋管具有更優(yōu)異的阻力性能,因而也具有更佳的綜合傳熱性能。在此基礎(chǔ)上,對內(nèi)凸式螺紋管與波節(jié)管的流動(dòng)與傳熱機(jī)理進(jìn)行了對比分析,結(jié)果表明波節(jié)管對管程流體的擾動(dòng)僅局限于間斷的波節(jié)區(qū)域,而螺紋管對流體的擾動(dòng)和破壞則跟隨螺紋結(jié)構(gòu)的旋進(jìn)而貫穿整個(gè)流域。因此,內(nèi)凸式螺紋管具有更優(yōu)的流動(dòng)與傳熱性能。(4)通過編寫用戶自定義函數(shù)(UDF),研究了內(nèi)凸式螺紋管管程流動(dòng)與傳熱過程的熵產(chǎn)特性,分析了不可逆損失的產(chǎn)生機(jī)理。結(jié)果表明,管程總不可逆損失、傳熱過程不可逆損失和粘性耗散過程不可逆損失隨著Re和H的增大而增大,隨著P的增大而減小,傳熱不可逆損失份額的變化趨勢則剛好相反。并且發(fā)現(xiàn),H對不可逆性能的影響最大,Re次之,P最小。(5)研究了內(nèi)凸式螺紋管和內(nèi)凸式波節(jié)管管程不可逆性能的異同,發(fā)現(xiàn)二者的傳熱不可逆性能相當(dāng),而內(nèi)凸式螺紋管具有更佳的粘性耗散不可逆性能。但由于二者的粘性耗散不可逆程度占總不可逆程度的比重均很小,因而二者的總不可逆性能相當(dāng)。
【關(guān)鍵詞】：內(nèi)凸式螺紋管 強(qiáng)化傳熱 熵產(chǎn)特性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 物理名稱及符號表8-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究的背景及意義10
• 1.2 高效換熱元件的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 流動(dòng)傳熱過程熵產(chǎn)分析的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 管內(nèi)流動(dòng)與傳熱的計(jì)算模型16-23
• 2.1 數(shù)值模型16-17
• 2.1.1 物理模型16
• 2.1.2 網(wǎng)格劃分16
• 2.1.3 基本假設(shè)16-17
• 2.2 數(shù)學(xué)模型17-19
• 2.2.1 控制方程17
• 2.2.2 湍流模型17-19
• 2.2.3 計(jì)算方法19
• 2.3 模型驗(yàn)證19-22
• 2.3.1 經(jīng)驗(yàn)公式19-20
• 2.3.2 網(wǎng)格無關(guān)性分析20-21
• 2.3.3 湍流模型驗(yàn)證21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第3章 內(nèi)凸式螺紋管管程傳熱性能的數(shù)值模擬研究及機(jī)理分析23-77
• 3.1 內(nèi)凸式螺紋管管程傳熱性能的計(jì)算模型23-26
• 3.1.1 物理模型23
• 3.1.2 網(wǎng)格劃分23-25
• 3.1.3 邊界條件設(shè)置25
• 3.1.4 評價(jià)指標(biāo)25-26
• 3.2 內(nèi)凸式螺紋管管程傳熱性能的數(shù)值模擬研究26-31
• 3.2.1 入口雷諾數(shù)(Re)的影響26-28
• 3.2.2 無量綱螺紋深度(H/D)的影響28-30
• 3.2.3 無量綱螺紋間距(P/D)的影響30-31
• 3.3 內(nèi)凸式螺紋管管程流動(dòng)與傳熱機(jī)理研究31-63
• 3.3.1 變量分布31-40
• 3.3.2 入口雷諾數(shù)(Re)的影響40-47
• 3.3.3 無量綱螺紋深度(H/D)的影響47-58
• 3.3.4 無量綱螺紋間距(P/D)的影響58-63
• 3.4 內(nèi)凸式螺紋管與波節(jié)管管程流動(dòng)傳熱性能對比分析63-76
• 3.4.1 流動(dòng)與傳熱特性的對比研究63-65
• 3.4.2 流動(dòng)與傳熱機(jī)理的對比分析65-76
• 3.5 本章小結(jié)76-77
• 第4章 內(nèi)凸式螺紋管管程流動(dòng)與傳熱過程熵產(chǎn)分析77-101
• 4.1 管程流動(dòng)與傳熱過程的熵產(chǎn)計(jì)算模型77-79
• 4.1.1 局部熵產(chǎn)率77-78
• 4.1.2 整體熵產(chǎn)78
• 4.1.3 熵產(chǎn)數(shù)78-79
• 4.2 內(nèi)凸式螺紋管管程熵產(chǎn)特性研究79-87
• 4.2.1 入口雷諾數(shù)(Re)的影響79-82
• 4.2.2 無量綱螺紋深度(H/D)的影響82-85
• 4.2.3 無量綱螺紋間距(P/D)的影響85-87
• 4.3 內(nèi)凸式螺紋管管程熵產(chǎn)機(jī)理分析87-97
• 4.3.1 變量分布87-88
• 4.3.2 入口雷諾數(shù)(Re)的影響88-91
• 4.3.3 無量綱螺紋深度(H/D)的影響91-94
• 4.3.4 無量綱螺紋間距(P/D)的影響94-97
• 4.4 內(nèi)凸式螺紋管與波節(jié)管管程熵產(chǎn)特性對比研究97-100
• 4.4.1 整體熵產(chǎn)特性對比研究97-98
• 4.4.2 局部熵產(chǎn)特性對比研究98-100
• 4.5 本章小結(jié)100-101
• 結(jié)論101-103
• 參考文獻(xiàn)103-107
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文107-109
• 致謝109

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本文編號：767677