本文關(guān)鍵詞：帶凸球分流器翅片的傳熱與流動阻力特性研究

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【摘要】：管翅式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便等優(yōu)勢,被廣泛應(yīng)用于制冷、空調(diào)、化工、電站等眾多領(lǐng)域。多數(shù)管翅式換熱器管外側(cè)的流體一般為空氣。由于翅片側(cè)流動阻力較大,增加了換熱器運(yùn)行費用,因此,降低翅側(cè)通道流動阻力系數(shù)是一個非常重要的課題。在管翅式換熱器翅片圓管滯止點前沖壓不同形狀的凸球分流器,當(dāng)流體流經(jīng)圓管滯止點前安裝凸球分流器翅片側(cè)的通道時,圓管滯止點前的凸球分流器使流線發(fā)生變化,能有效降低流動阻力。本文用數(shù)值方法獲得了帶凸球分流器翅片側(cè)通道內(nèi)的傳熱、流動阻力和機(jī)械能耗散特性,并對其機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析。選取帶凸球分流器翅片形成的翅片側(cè)通道為計算區(qū)域,對計算區(qū)域進(jìn)行合理的網(wǎng)格劃分,為了保證數(shù)值模擬結(jié)果的正確性,對網(wǎng)格的合理性進(jìn)行了考核。為了證明本文數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性,數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比。之后,根據(jù)數(shù)值結(jié)果對比相同尺寸下帶凸球分流器翅片與平直翅片各種性能:通道內(nèi)橫向截面和縱向截面的流場與溫度場分布、努塞爾數(shù)Nu和阻力系數(shù)f隨雷諾數(shù)Re的變化規(guī)律。獲得了凸球分流器翅片結(jié)構(gòu)參數(shù),如翅片間距Tp、橫向管間距S_1、凸球間距S_3、凸球分流器基面軸比Bit(長軸與短軸之比)、凸球深度c等對翅側(cè)通道內(nèi)傳熱與流動阻力的影響。分析通道內(nèi)流體的機(jī)械能耗散特性,揭示流動阻力特性形成原因。研究結(jié)果表明:與平直翅片相比,在相同結(jié)構(gòu)及工作條件下,帶凸球分流器翅片的換熱能力下降了2.72%,翅片側(cè)通道的阻力系數(shù)下降了2.86%,當(dāng)雷諾數(shù)越大越明顯,以上區(qū)別也越大,凸球分流器能夠明顯降低翅片側(cè)通道內(nèi)流動壓力損失;帶凸球分流器翅片下表面的換熱能力強(qiáng)于上表面的;帶凸球分流器翅片側(cè)通道的機(jī)械能耗散主要分布在帶凸球分流器翅片和基管表面,其最大值分布在凸球表面前端和翅片基管表面α=20°-110°的范圍內(nèi);局部機(jī)械能耗散與局部努塞爾數(shù)沿主流方向的分布趨勢基本一致;平直翅片側(cè)通道機(jī)械能耗散要高于帶凸球分流器翅片側(cè)通道的,雷諾數(shù)越大越明顯,這說明凸球分流器降低了通道的機(jī)械能耗散,從而起到降低翅側(cè)通道壓力損失的作用;橫向平均機(jī)械能耗散與橫向平均努塞爾數(shù)具有一定的對應(yīng)關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：凸球分流器 傳熱 流動阻力 機(jī)械能耗散
【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;TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-12
• 1.1 課題研究的背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本文的主要工作11-12
• 2 帶凸球分流器翅片側(cè)通道流動傳熱的物理數(shù)學(xué)模型12-18
• 2.1 帶凸球分流器翅片側(cè)通道的物理模型12
• 2.2 帶凸球分流器翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)12-13
• 2.3 帶凸球分流器翅片側(cè)通道的數(shù)學(xué)模型及邊界條件13-15
• 2.3.1 數(shù)學(xué)模型的控制方程描述13
• 2.3.2 數(shù)學(xué)模型的邊界條件描述13-15
• 2.4 傳熱及流體流動參數(shù)定義15-18
• 3 數(shù)值方法18-27
• 3.1 計算區(qū)域離散18-20
• 3.2 控制方程轉(zhuǎn)換20-22
• 3.3 邊界條件離散22-23
• 3.4 方程建立求解23-26
• 3.5 速度與壓力的耦合26-27
• 4 帶凸球分流器翅片側(cè)通道的計算區(qū)域網(wǎng)格生成27-30
• 4.1 計算區(qū)域網(wǎng)格的生成27-28
• 4.2 計算區(qū)域網(wǎng)格的獨立性考核28
• 4.3 數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果的對比28-30
• 5 帶凸球分流器翅片側(cè)通道的數(shù)值模擬結(jié)果及分析30-42
• 5.1 帶凸球分流器翅片側(cè)通道的流場特性31-32
• 5.2 帶凸球分流器翅片側(cè)通道的溫度場特性32-33
• 5.3 翅片表面的傳熱特性研究33-38
• 5.3.1 翅片表面局部傳熱特性33-34
• 5.3.2 換熱表面的橫向平均傳熱特性34-36
• 5.3.3 雷諾數(shù)對傳熱與流動阻力特性的影響36-37
• 5.3.4 帶凸球分流器翅片的性能評價37-38
• 5.4 帶凸球分流器翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)對傳熱與流動的影響38-41
• 5.4.1 翅片間距對傳熱與流動的影響38
• 5.4.2 橫向管間距對傳熱與流動的影響38-39
• 5.4.3 凸球間距對傳熱與流動的影響39-40
• 5.4.4 凸球基面軸比對傳熱與流動的影響40
• 5.4.5 凸球深度對傳熱與流動的影響40-41
• 5.5 本章小結(jié)41-42
• 6 帶凸球分流器翅片側(cè)通道的機(jī)械能耗散特性42-52
• 6.1 帶凸球分流器翅片側(cè)通道的機(jī)械能耗散與局部機(jī)械能耗散42-45
• 6.1.1 局部機(jī)械能耗散與局部努塞爾數(shù)的關(guān)系44-45
• 6.2 帶凸球分流器翅片與平直翅片側(cè)通道的機(jī)械能耗散對比45-47
• 6.3 橫向平均機(jī)械能耗散與努塞爾數(shù)的關(guān)系47-50
• 6.3.1 翅片間距對橫向平均機(jī)械能耗散的影響47-48
• 6.3.2 橫向管間距對橫向平均機(jī)械能耗散的影響48-49
• 6.3.3 雷諾數(shù)對橫向平均機(jī)械能耗散的影響49
• 6.3.4 凸球基面軸比對橫向平均機(jī)械能耗散的影響49-50
• 6.4 通道內(nèi)總機(jī)械能耗散與能量耗散的關(guān)系50-51
• 6.5 無量綱橫向平均機(jī)械能耗散與歐拉數(shù)的關(guān)系51
• 6.6 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

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本文編號：585693