本文關(guān)鍵詞：翅片管換熱器強(qiáng)化傳熱與流阻性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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【摘要】：換熱器是化工、能源、空分等過程工業(yè)中熱力系統(tǒng)和制冷設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備之一。隨著空分所用設(shè)備越來越大,使換熱器朝著專業(yè)化、高效率方向演變對縮減空分設(shè)備所占用的空間和節(jié)約生產(chǎn)成本是極其重要的,因此強(qiáng)化傳熱技術(shù)在換熱器的應(yīng)用很有意義。針對對流換熱系數(shù)相差懸殊的換熱介質(zhì),需要對換熱系數(shù)小的一側(cè)進(jìn)行強(qiáng)化傳熱,強(qiáng)化傳熱方法有多種。本文以空氣壓縮機(jī)級間冷卻器中水冷系統(tǒng)的翅片管換熱器為研究對象,研究了翅片間距、翅片厚度、管間距等因素與傳熱效率及流阻性能的關(guān)系,主要采用CFD進(jìn)行了翅片管空氣側(cè)模擬并結(jié)合場協(xié)同原理,對照實(shí)驗驗證模擬結(jié)果的可靠性,針對空氣側(cè)的流場和溫度場的特點(diǎn),分析了影響開縫翅片管傳熱及流阻特能的重要因素,從而提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,這對工程設(shè)計具有重要的意義。主要研究內(nèi)容和所取得的成果如下：1、建立了平直翅片管換熱器流動與傳熱的數(shù)值模型,主要比較翅片在開孔、帶凸起的窄條等不同結(jié)構(gòu)下翅片間空氣的流場和溫度場的分布特點(diǎn),同時結(jié)合場協(xié)同原理,分析開縫翅片管換熱器的強(qiáng)化傳熱機(jī)理。2、采用控制變量的方法單獨(dú)研究了入口速度、幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)—翅片間距、翅片厚度、開縫高度、管間距、翅片厚度等因素對雙向開縫翅片管換熱器傳熱及流阻性能的影響規(guī)律,從而為雙向開縫翅片管換熱器的優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。3.運(yùn)用正交優(yōu)化設(shè)計手段,在工程實(shí)際應(yīng)用的幾何結(jié)構(gòu)變化范圍內(nèi),確定最優(yōu)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù),結(jié)果表明：翅片間距為1.8mm、開縫高度為1.08mm、翅片厚度為0.3mm的雙向開縫翅片管具有最佳的綜合性能。同時換熱和流阻性能測定實(shí)驗結(jié)果也表明,與一些翅片管換熱器(開縫高度為1.25mm,翅片間距分別為1.8mm、2.0mm、2.5mm,翅片厚度為0.2mm)相比較,優(yōu)化設(shè)計的翅片管換熱器具有最好的綜合性能。本文研究成果為翅片管換熱器的翅片管設(shè)計提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：翅片管 強(qiáng)化傳熱 場協(xié)同原理 數(shù)值模擬 傳熱特性 阻力特性
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.5
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 符號說明12-13
• 1 緒論13-29
• 1.1 課題的背景與意義13-14
• 1.2 翅片管的結(jié)構(gòu)分類與特征14-16
• 1.2.1 翅片管結(jié)構(gòu)類型15-16
• 1.2.2 翅片的形狀及特征16
• 1.3 翅片管換熱器強(qiáng)化傳熱發(fā)展現(xiàn)狀16-24
• 1.3.1 換熱器強(qiáng)化傳熱分類17
• 1.3.2 翅片管換熱器強(qiáng)化傳熱機(jī)理17-20
• 1.3.3 強(qiáng)化傳熱性能的評價方法20-21
• 1.3.4 幾種典型的強(qiáng)化傳熱翅片研究現(xiàn)狀21-24
• 1.4 翅片管換熱器研究進(jìn)展24-27
• 1.4.1 翅片管換熱器實(shí)驗研究進(jìn)展24-25
• 1.4.2 翅片管換熱器數(shù)值模擬的研究進(jìn)展25-27
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容27-29
• 2 平直翅片管數(shù)值模擬的模型建立及場協(xié)同原理分析29-49
• 2.1 引言29
• 2.2 平直翅片管換熱器數(shù)值模擬幾何模型29-33
• 2.2.1 幾何模型29-32
• 2.2.2 網(wǎng)格劃分32-33
• 2.3 基本假設(shè)及數(shù)學(xué)模型33-35
• 2.3.1 模型基本假設(shè)33
• 2.3.2 流動控制方程33-35
• 2.4 邊界條件及求解方法35-37
• 2.5 計算模型的驗證37-39
• 2.5.1 平直翅片管換熱器傳熱及阻力理論依據(jù)37-39
• 2.5.2 數(shù)值模擬結(jié)果可靠性驗證39
• 2.6 四種翅片形式的換熱流動模擬結(jié)果分析和場協(xié)同原理分析39-46
• 2.6.1 場協(xié)同理論39-40
• 2.6.2 翅片形式對流動的影響40-44
• 2.6.3 翅片形式對傳熱的影響44-45
• 2.6.4 場協(xié)同分析45-46
• 2.7 本章小結(jié)46-49
• 3 雙向開縫翅片管傳熱與流阻性能的影響因素分析49-79
• 3.1 引言49
• 3.2 各參數(shù)對雙向開縫翅片管傳熱與流阻性能的影響49-63
• 3.2.1 入口風(fēng)速對雙向開縫翅片管傳熱與流阻性能的影響50-53
• 3.2.2 翅片間距對雙向開縫翅片管傳熱與流阻性能的影響53-56
• 3.2.3 開縫高度對雙向開縫翅片管傳熱與流阻性能的影響56-58
• 3.2.4 翅片厚度對雙向開縫翅片管傳熱與流阻性能的影響58-59
• 3.2.5 橫向管間距對雙向開縫翅片管傳熱與流阻性能的影響59-61
• 3.2.6 縱向管間距對雙向開縫翅片管傳熱與流阻性能的影響61-63
• 3.3 各幾何參數(shù)組合對雙向開縫翅片管傳熱與流阻性能的影響63-76
• 3.3.1 正交方案的選取63-64
• 3.3.2 正交優(yōu)化設(shè)計64-66
• 3.3.3 結(jié)果分析(極差分析)66-73
• 3.3.4 綜合平衡確定最優(yōu)參數(shù)組合73-76
• 3.4 本章小結(jié)76-79
• 4 平直翅片管換熱器換熱和流阻性能試驗研究79-91
• 4.1 引言79
• 4.2 換熱器的換熱和流阻性能測定實(shí)驗平臺79-81
• 4.3 換熱器的換熱系數(shù)測定原理81-82
• 4.4 實(shí)驗研究對象82-90
• 4.4.1 試件詳細(xì)尺寸82-84
• 4.4.2 實(shí)驗數(shù)據(jù)的測量與處理84-86
• 4.4.3 實(shí)驗結(jié)果及其討論86-89
• 4.4.4 誤差分析89-90
• 4.5 本章小結(jié)90-91
• 5 結(jié)論與展望91-95
• 5.1 主要研究內(nèi)容與結(jié)論91-92
• 5.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)92
• 5.3 后續(xù)研究展望92-95
• 參考文獻(xiàn)95-103
• 作者簡歷103-104

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：680593