本文關(guān)鍵詞：基于FLUENT的波節(jié)管換熱器性能數(shù)值仿真及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展與人們生活水平的提高,人類對(duì)能源需求的日益劇增與地球資源的日益枯竭這一矛盾正在不斷加劇。開(kāi)發(fā)各類高效換熱器合理高效地使用能源,是緩和這一矛盾的主要途徑之一。波節(jié)管換熱器是一種新型的換熱器,擁有較好的強(qiáng)化傳熱性能。本文以波節(jié)管換熱器為研究對(duì)象,運(yùn)用FLUENT軟件從流動(dòng)特性和傳熱特性兩個(gè)方面出發(fā)對(duì)波節(jié)管換熱器的管程和殼程進(jìn)行仿真模擬。本文的主要研究工作包括： 第一,采用CFD數(shù)值模擬方法,以水為介質(zhì)對(duì)波節(jié)管管程進(jìn)行3D全管長(zhǎng)建模仿真。流動(dòng)特性方面,將波節(jié)管管程的速度場(chǎng)、速度矢量圖、流線圖和壓力場(chǎng)與對(duì)應(yīng)型號(hào)的光管進(jìn)行對(duì)比分析,研究波節(jié)管的強(qiáng)化機(jī)理。研究表明,由于波節(jié)管流道截面的膨脹與收縮使得其對(duì)稱截面上的速度云圖呈周期性分布且在各個(gè)波峰內(nèi)形成了漩渦狀的回流區(qū)。波節(jié)管管程的壓力損失遠(yuǎn)大于光管,這表明波節(jié)管傳熱性能的提高是以阻力的增大為代價(jià)的；傳熱特性方面,將波節(jié)管管程的溫度場(chǎng)與光管進(jìn)行對(duì)比,研究了波節(jié)管的局部Nu數(shù)分布,并將相同工況下兩種換熱管的平均Nu數(shù)進(jìn)行對(duì)比。本文發(fā)現(xiàn),局部Nu數(shù)的最小值和最大值分別出現(xiàn)在波峰上游處和收縮段尾部,且在相同工況下波節(jié)管的平均Nu數(shù)高于光管,但強(qiáng)化性能隨著Re數(shù)的增加而逐漸減弱。 第二,對(duì)無(wú)折流板殼程KC_BJG32、KC_GG_W和折流板殼程KC_GG_Y進(jìn)行仿真分析。流動(dòng)特性方面,將三個(gè)殼程的速度場(chǎng)、速度矢量和壓力場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,折流板是影響殼程流動(dòng)特性最主要的因素,折流板的引入很大程度上改善了殼程的流動(dòng)狀況,但壓力損失也急劇增大；傳熱特性方面,對(duì)比了三個(gè)殼程的溫度場(chǎng),并以“單位壓降下的熱流量”為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三個(gè)殼程進(jìn)行綜合性能評(píng)定。研究表明,無(wú)折流板殼程KC_BJG32和KC_GG_W的溫度分布基本相同,前者略好于后者,但都不如折流板殼程KC_GG_Y換熱充分。而由于壓降的急劇增大,KC_GG_Y的綜合性能反而最差,KC BJG32的綜合性能最好。 第三,以波節(jié)管幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)D1、S1、S2、S為變量設(shè)計(jì)3個(gè)系列共15根波節(jié)管進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析。研究表明,波深D1和波長(zhǎng)S是影響波節(jié)管強(qiáng)化性能最重要的兩個(gè)幾何參數(shù),引入無(wú)量綱波節(jié)管幾何因子εo=(D1-D2)/S將兩者聯(lián)系起來(lái)。仿真結(jié)果表明當(dāng)εo=0.280左右時(shí),波節(jié)管的強(qiáng)化性能最好。 第四,將仿真結(jié)果光管管程壓降ΔP、光管平均Nu數(shù)、折流板殼程壓降ΔP,分別用《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》中推薦的工程經(jīng)驗(yàn)公式和流體力學(xué)中的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。結(jié)果表明三者的最大偏差分別為：13.5%,22.57%,13.81%,且隨著流速的增加偏差逐漸減小,進(jìn)而驗(yàn)證了仿真模型和求解設(shè)置的合理性以及仿真結(jié)果的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：波節(jié)管換熱器 FLUENT數(shù)值仿真 管程與殼程 流動(dòng)與傳熱特性 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TQ051.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-32
• 1.1 課題研究的背景及研究意義12-13
• 1.2 換熱器傳熱機(jī)理及強(qiáng)化傳熱可行性分析13-16
• 1.2.1 換熱器傳熱機(jī)理簡(jiǎn)介13-14
• 1.2.2 換熱器強(qiáng)化傳熱可行性分析14-16
• 1.3 國(guó)內(nèi)外管殼式換熱器強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)16-21
• 1.3.1 管殼式換熱器強(qiáng)化傳熱元件分類16-17
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)外管殼式換熱器強(qiáng)化技術(shù)17-20
• 1.3.3 換熱器強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)20-21
• 1.4 波節(jié)管換熱器與波節(jié)管21-25
• 1.4.1 波節(jié)管換熱器與波節(jié)管簡(jiǎn)介21-22
• 1.4.2 波節(jié)管換熱器與波節(jié)管幾何、工藝參數(shù)22-25
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容25-26
• 1.5.1 本文寫(xiě)作特點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)25
• 1.5.2 本文研究的主要內(nèi)容25-26
• 1.6 本文采用的研究方法與技術(shù)路線26-32
• 1.6.1 研究方法26-27
• 1.6.2 技術(shù)路線27-32
• 第2章 數(shù)值仿真模擬簡(jiǎn)介32-39
• 2.1 CFD簡(jiǎn)介及其特點(diǎn)32
• 2.2 FLUENT軟件簡(jiǎn)介32-33
• 2.3 基于FLUENT的CFD數(shù)值模擬分析求解步驟33-34
• 2.4 FLUENT相關(guān)理論介紹34-37
• 2.4.1 FLUENT的湍流模型34-36
• 2.4.2 FLUENT邊界條件36
• 2.4.3 FLUENT求解參數(shù)36-37
• 2.5 基于FLUENT的換熱器性能仿真簡(jiǎn)介37-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第3章 波節(jié)管換熱器管程數(shù)值模擬39-98
• 3.1 仿真模型的確定39-48
• 3.1.1 模型幾何參數(shù)與工藝的確定39
• 3.1.2 問(wèn)題的簡(jiǎn)化與假設(shè)39-40
• 3.1.3 幾何模型的建立40-41
• 3.1.4 網(wǎng)格測(cè)試與網(wǎng)格劃分41-48
• 3.2 FLUENT設(shè)置與參數(shù)確定48-50
• 3.2.1 FLUENT邊界條件設(shè)置48
• 3.2.2 FLUENT求解設(shè)置48-49
• 3.2.3 參數(shù)確定49-50
• 3.3 FLUENT求解與結(jié)果分析50-80
• 3.3.1 流動(dòng)特性分析51-67
• 3.3.2 傳熱特性分析67-80
• 3.4 波節(jié)管幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化80-96
• 3.4.1 波深D_1對(duì)波節(jié)管強(qiáng)化性能的影響81-85
• 3.4.2 S_1、S_2和S對(duì)波節(jié)管強(qiáng)化性能的影響85-92
• 3.4.3 波節(jié)管幾何因子分析與無(wú)量綱因子ε的引入92-94
• 3.4.4 波節(jié)管綜合性能評(píng)價(jià)分析94-96
• 3.5 本章小結(jié)96-98
• 第4章 波節(jié)管換熱器殼程數(shù)值模擬98-137
• 4.1 仿真模型的確定98-102
• 4.1.1 殼程模型幾何參數(shù)與工藝的確定98-99
• 4.1.2 問(wèn)題的簡(jiǎn)化與假設(shè)99-100
• 4.1.3 幾何模型的建立100-101
• 4.1.4 殼程模型的網(wǎng)格劃分101-102
• 4.2 FLUENT設(shè)置102-103
• 4.2.1 FLUENT邊界設(shè)置102-103
• 4.2.2 FLUENT求解設(shè)置103
• 4.3 FLUENT仿真結(jié)果分析103-135
• 4.3.1 流動(dòng)特性分析103-123
• 4.3.2 傳熱特性分析123-135
• 4.4 本章小結(jié)135-137
• 第5章 結(jié)論與展望137-142
• 5.1 本文的研究結(jié)論137-140
• 5.2 前景展望140-142
• 致謝142-143
• 參考文獻(xiàn)143-147
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和參加的科研項(xiàng)目147

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 代中元;基于FLUENT的某型號(hào)板翅式換熱器的性能數(shù)值模擬及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];武漢理工大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：基于FLUENT的波節(jié)管換熱器性能數(shù)值仿真及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：500244