本文關(guān)鍵詞：內(nèi)插扇形錐形片強(qiáng)化管的流動與傳熱數(shù)值模擬

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【摘要】：節(jié)能已經(jīng)變得越來越迫切和重要,社會的發(fā)展需要消耗更多的能源而能源的儲存量又是有限的,這就需要在利用能源的過程中做到高效的使用才能盡量地延緩能源的短缺。研究新型的強(qiáng)化傳熱技術(shù),開發(fā)高效的換熱器能夠為社會的發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn),高效換熱器能夠在材耗一定的條件下實現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。能源的傳遞需要通過換熱器來進(jìn)行,管殼式換熱器是應(yīng)用比較普遍和典型的換熱器,廣泛地存在于石油、化工、能源、冶金、材料、航空航天、電子器件的冷卻、核能的利用等領(lǐng)域,但一般管殼式換熱器內(nèi)的光滑換熱管效率低下,很難滿足各方面換熱工藝要求,采用強(qiáng)化換熱技術(shù)是現(xiàn)階段實現(xiàn)高效節(jié)能的重要手段。傳統(tǒng)的強(qiáng)化傳熱技術(shù)分為主動強(qiáng)化技術(shù)和被動強(qiáng)化技術(shù),采取管內(nèi)插入物是現(xiàn)今比較常見和實用的強(qiáng)化技術(shù),在一些高粘度流體換熱中大量使用。管內(nèi)插入物使管內(nèi)核心區(qū)域的流體受到擾動,從而與管壁附近流體進(jìn)行置換,改變了管內(nèi)流體的速度場和溫度場的分布,加強(qiáng)了速度場和溫度場的協(xié)同效果,從而得到高效低阻的傳熱性能。本文首先闡述了強(qiáng)化傳熱技術(shù)的強(qiáng)化機(jī)理和優(yōu)勢,介紹了管內(nèi)插入物國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,同時對場協(xié)同理論和CFD數(shù)值模擬在強(qiáng)化傳熱的應(yīng)用進(jìn)行概述,并對強(qiáng)化傳熱評價方法進(jìn)行簡單介紹。運用FLUENT軟件對以空氣為介質(zhì),在管內(nèi)有間隔地插入多個扇形錐形片進(jìn)行數(shù)值模擬,分析考察了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)插扇形錐形片強(qiáng)化管在湍流狀態(tài)下的傳熱特性和流動特性。扇形錐形片強(qiáng)化管的傳熱特性和流動特性與扇形錐形片的張角、傾角a、扇形錐形片的間距s、扇形錐形片的葉片數(shù)n等因素有關(guān)。在數(shù)值模擬計算的過程中,選取了不同的片距、葉片數(shù)、傾角和張角組成不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合,并對不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)在5種雷諾數(shù)下進(jìn)行了模擬;討論了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合對努塞爾數(shù)Nu、流動阻力系數(shù)f、綜合換熱性能PEC的影響;利用場協(xié)同理論對分析強(qiáng)化管的整體場協(xié)同性,得到了平均協(xié)同角的大小。研究結(jié)果表明內(nèi)插扇形錐形片能夠顯著強(qiáng)化換熱,在Re為12000~36000的范圍內(nèi),其PEC達(dá)到了1.26~2.07,當(dāng)張角相同時,PEC值隨著傾角的增加而減小,且當(dāng)葉片數(shù)固定為四葉片時,換熱性能中綜合表現(xiàn)是張角30o最好、其次是45o,最小的是60o,葉片數(shù)時為2時PEC值最大,經(jīng)過正交分析后得到了各指標(biāo)的影響因素的主次順序和最優(yōu)值,最后綜合分析得到了強(qiáng)化管最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)a=20o、40o、n=2、s=72mm。
【關(guān)鍵詞】：扇形錐形片 強(qiáng)化傳熱 數(shù)值模擬 場協(xié)同
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 符號說明8-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 強(qiáng)化傳熱技術(shù)的現(xiàn)狀13-15
• 1.3 管內(nèi)強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 管內(nèi)插入物國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 管內(nèi)插入物國外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文研究內(nèi)容18-20
• 第二章 管內(nèi)單相對流強(qiáng)化傳熱理論和技術(shù)20-26
• 2.1 強(qiáng)化傳熱的方法20-22
• 2.1.1 強(qiáng)化傳熱的目的和途徑20-21
• 2.1.2 強(qiáng)化傳熱技術(shù)的評價準(zhǔn)則21-22
• 2.2 管內(nèi)單相對流強(qiáng)化傳熱理論22-25
• 2.2.1 場協(xié)同理論22-24
• 2.2.2 最小熵產(chǎn)理論24-25
• 2.2.3 火積耗散理論25
• 2.2.4 核心流強(qiáng)化傳熱原理25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第三章 流動傳熱數(shù)值計算基本理論和方法26-32
• 3.1 流動傳熱控制守恒方程組26-28
• 3.1.1 湍流數(shù)值模擬方法26-28
• 3.1.2 壓力速度耦合算法28
• 3.1.3 代數(shù)方程組的求解28
• 3.2 湍流的數(shù)學(xué)模型28-29
• 3.3 數(shù)值模擬軟件——商業(yè)CFD軟件29-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第四章 物理模型及數(shù)值模型的建立32-37
• 4.1 問題的簡化與假設(shè)32
• 4.2 幾何模型的建立32-34
• 4.2.1 設(shè)計思路32-33
• 4.2.2 新型內(nèi)插物的結(jié)構(gòu)特征33
• 4.2.3 流固耦合傳熱33-34
• 4.3 網(wǎng)格劃分34
• 4.4 物性條件的設(shè)置34-35
• 4.5 邊界條件的設(shè)置35
• 4.6 求解模型的設(shè)置35
• 4.7 求解方法的設(shè)置35-36
• 4.8 本章小結(jié)36-37
• 第五章 內(nèi)插扇形錐形片的模擬結(jié)果分析37-74
• 5.1 光管平均NU數(shù)仿真結(jié)果分析37-38
• 5.1.1 光管的計算關(guān)聯(lián)式37
• 5.1.2 數(shù)值模擬結(jié)果與關(guān)聯(lián)式結(jié)果對比分析37-38
• 5.2 光圓管流動與傳熱特性分析38-41
• 5.3 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的扇形錐形片的數(shù)據(jù)結(jié)果分析41-54
• 5.3.1 數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的驗證41-42
• 5.3.2 順排和叉排結(jié)構(gòu)參數(shù)性能比較42-43
• 5.3.3 Nu數(shù)的變化43-47
• 5.3.4 f數(shù)的變化47-51
• 5.3.5 PEC數(shù)的變化51-54
• 5.4 內(nèi)插扇形錐形片的圓管的流動特性分析54-59
• 5.4.1 扇形錐形片結(jié)構(gòu)中不同傾角時的流動特性55-58
• 5.4.2 扇形錐形片結(jié)構(gòu)中不同葉片數(shù)時的流動特性58-59
• 5.5 內(nèi)插扇形錐形片的圓管的傳熱特性分析59-62
• 5.5.1 扇形錐形片中不同傾角時的傳熱特性59-61
• 5.5.2 扇形錐形片結(jié)構(gòu)中不同葉片數(shù)時的傳熱特性61-62
• 5.6 扇形錐形片的幾何結(jié)構(gòu)正交分析62-66
• 5.7 扇形錐形片幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化66-70
• 5.8 場協(xié)同分析70-72
• 5.9 本章小結(jié)72-74
• 第六章 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 結(jié)論74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文80-81
• 致謝81-82

【參考文獻(xiàn)】

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3 張曉嶼;劉志春;劉偉;周路遙;;圓管內(nèi)插入多個螺旋片的傳熱與流動的數(shù)值模擬研究[J];工程熱物理學(xué)報;2013年02期

4 徐志明;劉楓;朱宏娟;;內(nèi)置螺旋線圈換熱管換熱分析及數(shù)值模擬[J];東北電力大學(xué)學(xué)報;2014年05期

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1 鄧俊杰;管內(nèi)對流換熱強(qiáng)化的數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2011年

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本文編號：972788