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】：隨著社會的發(fā)展與人們生活水平的提高,人類對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)管換熱器為研究對象,運用FLUENT軟件從流動特性和傳熱特性兩個方面出發(fā)對波節(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)對波節(jié)管管程進(jìn)行3D全管長建模仿真。流動特性方面,將波節(jié)管管程的速度場、速度矢量圖、流線圖和壓力場與對應(yīng)型號的光管進(jìn)行對比分析,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稱截面上的速度云圖呈周期性分布且在各個波峰內(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的；傳熱特性方面,將波節(jié)管管程的溫度場與光管進(jìn)行對比,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,對無折流板殼程KC_BJG32、KC_GG_W和折流板殼程KC_GG_Y進(jìn)行仿真分析。流動特性方面,將三個殼程的速度場、速度矢量和壓力場進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明,折流板是影響殼程流動特性最主要的因素,折流板的引入很大程度上改善了殼程的流動狀況,但壓力損失也急劇增大；傳熱特性方面,對比了三個殼程的溫度場,并以“單位壓降下的熱流量”為評定標(biāo)準(zhǔn)對三個殼程進(jìn)行綜合性能評定。研究表明,無折流板殼程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3個系列共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S是影響波節(jié)管強(qiáng)化性能最重要的兩個幾何參數(shù),引入無量綱波節(jié)管幾何因子εo=(D1-D2)/S將兩者聯(lián)系起來。仿真結(jié)果表明當(dāng)εo=0.280左右時,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)計手冊》中推薦的工程經(jīng)驗公式和流體力學(xué)中的實驗關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計算對比。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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：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)理簡介13-14
• 1.2.2 換熱器強(qiáng)化傳熱可行性分析14-16
• 1.3 國內(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 本文寫作特點與創(chuàng)新點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)值仿真模擬簡介32-39
• 2.1 CFD簡介及其特點32
• 2.2 FLUENT軟件簡介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 問題的簡化與假設(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對波節(jié)管強(qiáng)化性能的影響81-85
• 3.4.2 S_1、S_2和S對波節(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量綱因子ε的引入92-94
• 3.4.4 波節(jié)管綜合性能評價分析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 問題的簡化與假設(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目147

【引證文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 代中元;基于FLUENT的某型號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：500244