發(fā)布時(shí)間：2017-09-12 18:48

  本文關(guān)鍵詞：圓管管翅式換熱器管間距優(yōu)化研究

  更多相關(guān)文章： 翅片管換熱器 數(shù)值模擬 管間距 強(qiáng)化傳熱

【摘要】：換熱器是實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的核心設(shè)備,在動(dòng)力系統(tǒng)、金屬冶煉系統(tǒng)、石油工業(yè)等產(chǎn)業(yè)中都有著關(guān)鍵性的用途。相比于板式和板翅式換熱器,翅片管換熱器應(yīng)用更為廣泛。同時(shí),管翅式換熱器還具有易于生產(chǎn)裝配、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。圓管管翅式換熱器常用于空調(diào)系統(tǒng)中,翅側(cè)工質(zhì)多為空氣,管內(nèi)通水或者制冷劑,空氣側(cè)熱阻占換熱器總熱阻70%以上,因此翅側(cè)空氣換熱能力的強(qiáng)弱是衡量換熱器效率高低的標(biāo)準(zhǔn)。以往對提高換熱器換熱性能的方案,主要集中在下面兩種方法:一種是在有限的空間內(nèi),盡可能的增大換熱面積,例如使用小翅間距;另一種是強(qiáng)化傳熱方面,通過不同的手段,較大限度的增強(qiáng)換熱能力,比如添加渦發(fā)生器、使用異型管等方法。流體經(jīng)換熱器時(shí)阻力越大,換熱器運(yùn)行耗能越多。如何在提高換熱能力的同時(shí)降低流阻是強(qiáng)化傳熱技術(shù)的關(guān)鍵。管間距是換熱器設(shè)計(jì)過程中的重要參數(shù),無論是何種類型的翅片,管間距都會(huì)對換熱器的整體性能產(chǎn)生很大的影響。選定合適的管間距,可以在消耗相同材料的前提下,更有效地提高換熱器的整體效率。本文選取管翅為等壁溫條件下建立的圓管平直翅片空氣側(cè)通道的數(shù)值模型,研究管間距對換熱器換熱特性和流動(dòng)阻力的影響。選取四排管束作為計(jì)算區(qū)域,將換熱器參數(shù)進(jìn)行無量綱化,通過選取不同模型參數(shù),得出管間距對換熱器通道內(nèi)流場的影響規(guī)律,分析其對翅片管換熱能力和流體阻力的影響。同時(shí),將分析得到的規(guī)律運(yùn)用到換熱器的設(shè)計(jì)中,并對換熱器管間距進(jìn)行優(yōu)化分析。研究結(jié)果表明:管間距的不同會(huì)影響換熱器通道內(nèi)流場的分布,翅側(cè)平均Nu數(shù)和阻力系數(shù)f都會(huì)隨著管間距的增大而減小,同時(shí)隨著管間距的逐漸增大,這種變化趨于平緩,意味著管間距的影響會(huì)隨著其距離的增加而逐漸減弱。同時(shí),增大管間距可以更好地改善換熱器的阻力性能。當(dāng)換熱器取相同材料損耗的情況下,橫縱管間距之比在1.5到1.7范圍內(nèi)時(shí),換熱器的綜合性能較優(yōu)。對給定尺寸1800 mm×88 mm×2000 mm的換熱器進(jìn)行模擬研究,發(fā)現(xiàn)換熱系數(shù)K、壓降?p和換熱器肋效率ηf均隨管間距增大而減小,在阻力允許條件下,可以通過減小管間距的方式來提升換熱能力和換熱效率。
【關(guān)鍵詞】：翅片管換熱器 數(shù)值模擬 管間距 強(qiáng)化傳熱
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK172
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 研究背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 2 圓管管翅式換熱器數(shù)學(xué)描述13-21
• 2.1 翅片物理模型13
• 2.2 翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)13-15
• 2.3 數(shù)學(xué)模型與邊界條件15-19
• 2.3.1 數(shù)學(xué)描述方程15-16
• 2.3.2 數(shù)學(xué)模型邊界條件16-17
• 2.3.3 參數(shù)無量綱化17-18
• 2.3.4 控制方程與邊界條件無量綱化18-19
• 2.4 換熱器無量綱性能參數(shù)定義19-21
• 3 數(shù)值計(jì)算方法21-32
• 3.1 區(qū)域離散與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換21-23
• 3.2 物理方程轉(zhuǎn)換23-24
• 3.3 邊界條件離散24-25
• 3.4 方程建立與求解25-28
• 3.5 計(jì)算步驟28
• 3.6 數(shù)值求解收斂判據(jù)28-29
• 3.7 數(shù)值方法驗(yàn)證29-32
• 3.7.1 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格29
• 3.7.2 網(wǎng)格獨(dú)立性考核29-30
• 3.7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果對比30-32
• 4 數(shù)值結(jié)果與分析32-42
• 4.1 橫向管間距性能影響分析32-37
• 4.1.1 流場分析32-33
• 4.1.2 換熱與阻力性能分析33-35
• 4.1.3 綜合性能分析35-37
• 4.2 縱向管間距性能影響分析37-41
• 4.2.1 流場分析37-38
• 4.2.2 換熱與阻力性能分析38-40
• 4.2.3 綜合性能分析40-41
• 4.3 本章小結(jié)41-42
• 5 管束布置研究42-52
• 5.1 相同換熱面積下管間距優(yōu)化研究42-45
• 5.2 換熱器整體管間距布置研究45-51
• 5.2.1 計(jì)算模擬方法45-47
• 5.2.2 換熱器換熱與阻力性能分析47-50
• 5.2.3 換熱器肋效率分析50-51
• 5.3 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-57
• 附錄A 符號表57-60
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果60

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：838933