【摘要】：肋化通道強化換熱因其高效、可靠、經(jīng)濟的特點被廣泛應(yīng)用,如渦輪葉片內(nèi)冷卻通道、太陽能加熱器、電子元器件等。不同傾斜角度的肋不僅增大了換熱面積也會產(chǎn)生二次流。影響肋化通道強化傳熱的因素有很多,包括肋傾角、肋間距、肋尺寸、肋形狀等。本文采用數(shù)值計算的方式研究矩形通道內(nèi)不同傾斜角度粗糙肋的傳熱特性,并從二次流機理這一角度分析傾斜肋強化傳熱的原因,比較橫、縱向二次流對傳熱作出的貢獻。首先,建立三維矩形通道模型,與已知實驗值進行對比,選取合適的湍流模型。使用Solidworks建立三維矩形通道模型,采用ICEM CFD劃分結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格,使用FLUENT將五種湍流模型計算結(jié)果與實驗值進行比較,選取與實驗值最接近的Realizable k-?模型進行后續(xù)的計算與分析。其次,改變通道內(nèi)的幾何參數(shù),分析不同幾何參數(shù)下的傳熱與流動特性。改變肋間距與肋高比p/e、肋的寬高比w/e、肋的傾斜角度α以及肋的截面形狀,得到33種矩形通道模型。以努塞爾數(shù)Nu與阻力系數(shù)f為評價基礎(chǔ),分析雷諾數(shù)Re=8000~20000范圍內(nèi)不同幾何參數(shù)對傳熱與流阻的影響。通過分析溫度場、速度場與湍流動能,對結(jié)果進行進一步的驗證。再次,引入二次流強度,分析二次流強度及其與傳熱的關(guān)系。使用CFD-Post定義絕對渦通量與二次流強度,分析光滑通道、幾何參數(shù)對二次流強度的影響,比較橫向二次流強度與縱向二次流強度大小,以及二次流強度與傳熱的對應(yīng)關(guān)系。最后,得到如下肋化通道換熱結(jié)果:1.矩形通道內(nèi)設(shè)置不同傾斜角度粗糙肋使換熱得到加強,但同時阻力系數(shù)也相應(yīng)提高。2.對肋間距與肋高比p/e、肋的寬高比w/e而言,隨著雷諾數(shù)Re的增大,Nu/Nu_0和f/f_0逐漸減小;對肋的傾斜角度α而言,隨著雷諾數(shù)Re的增大,30°、45°、60°、75°傾斜肋的Nu/Nu_0減小,f/f_0增大,90°肋的Nu/Nu_0和f/f_0均減小。3.對不同傾角的方形肋、長方形肋、等腰三角形肋與靴形肋而言,45°肋具有最高的傳熱系數(shù)和阻力系數(shù),75°和90°肋的傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)較低。4.同一參數(shù)下,二次流強度與努塞爾數(shù)變化趨勢相同。在本文研究范圍內(nèi),不同肋形具有相同的二次流強度變化規(guī)律。橫、縱向二次流對傳熱都有一定的貢獻,縱向二次流貢獻更大一些。二次流強度可以表征換熱特性,其與努塞爾數(shù)存在一定關(guān)系。
【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】：2019
【分類號】：TK124
【圖文】：

是應(yīng)用廣泛的一種高溫外部冷卻技術(shù)。圖1.1 為氣膜冷卻示意圖，冷卻工質(zhì)從高溫壁面開設(shè)的小孔高速射入主流，與主流摻混一起流向下游，附著在壁面上，形成薄膜保護層。形成的薄膜保護層可對高溫燃氣進行隔離，并帶走部分高溫燃氣，從而對壁面起到冷卻保護作用。實質(zhì)上，氣膜冷卻是冷熱流體間的交叉射流，是對流冷卻與氣膜冷卻共同作用的結(jié)果。

- 3 -圖 1.2 沖擊冷卻示意圖[7]冷卻的主要方式之一，應(yīng)用廣泛，效果好柱擾流冷卻，肋片擾流冷卻主要應(yīng)用于葉片尾緣區(qū)域。圖 1.3 為肋片擾流冷卻原理內(nèi)壁面上，包括直肋、傾斜肋和間斷肋等肋等，通過增加傳熱面積和加強氣流擾動等，其換熱原理與肋片擾流冷卻原理相同

圖 1.3 肋片擾流冷卻原理冷卻可看作是沖擊冷卻的延伸，包括氣膜-對流冷卻和對流-沖復(fù)合冷卻技術(shù)，圖 1.4 為復(fù)合冷卻方式圖。氣膜-對流冷卻是冷卻結(jié)合起來的一種技術(shù)，廣泛用于渦輪葉片溫度最高的部位片前緣等。氣膜-對流冷卻既能提高冷卻效果，又能減少冷卻擊-氣膜相結(jié)合的復(fù)合冷卻是將對流冷卻、沖擊冷卻和氣膜冷卻合冷卻技術(shù)，從葉片下部或頂端進入葉片內(nèi)部，通過強制對流效的冷卻，然后由葉片上的小孔流出對葉片外表面進行冷卻保

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 徐亮;稅琳棋;張帥;高建民;;肋角度對矩形帶肋通道蒸汽流動和換熱特性的影響[J];中國科技論文;2014年08期

2 劉銳;稅琳棋;王新軍;白曉偉;;帶肋矩形直通道內(nèi)的冷卻空氣換熱特性研究[J];熱能動力工程;2011年05期

3 劉湘云;史保新;李克天;劉吉安;;螺旋內(nèi)肋管的流阻與換熱特性實驗研究[J];中北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年02期

4 張效偉;朱惠人;;大型燃氣渦輪葉片冷卻技術(shù)[J];熱能動力工程;2008年01期

5 李廣超;張魏;朱惠人;郭濤;;肋角度對矩形通道壁面換熱影響的研究[J];汽輪機技術(shù);2007年03期

6 張魏;李廣超;金文;;帶45°肋矩形通道換熱數(shù)值模擬[J];燃氣渦輪試驗與研究;2006年03期

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本文編號：2758784