叉排圆管非对称间断环面槽换热器翅片传热特性的数值研究

摘要

翅片管换热器广泛应用于工业领域,它的优点是能够在材料消耗量较少的情况下有效增加传热面积,从而实现换热器传热能力的提高。流体外掠圆管时会在圆管后面形成一个分离涡区域。尾涡区不仅增加了流动压降,而且会造成该区域与翅片接触面上传热的弱化。减少圆管尾部回流区及强化圆管尾部翅片表面传热就成为了主要技术难点。间断环面槽翅片结构能够使圆管尾部回流区面积大大减小,但是由于该翅片结构的复杂性,对其传热特性研究很少。针对这一事实,本文采用适体坐标下同位网格的SIMPLE程序研究了对称及非对称间断环面槽翅片强化传热的主要机理以及翅片传热、阻力和二次流特性。
　　主要研究内容包括:分析对称及非对称间断环面槽对流体流场的影响及对圆管后尾流区的作用;用二次流强度无量纲参数Se评价对称及非对称间断环面槽诱导二次流作用的效果;研究间断环面槽非对称性对流动、传热以及局部特性的影响;评判该翅片结构的整体传热性能;分析其主要的强化传热机理。
　　研究结果表明:间断环面槽能够引导外掠圆管周围的流体进入尾流区,从而有效地抑制圆管后面分离涡的发展;流体流经环面槽时受到环面槽壁面剪切作用重新发展了热边界层,造成该区域局部传热能力较强的现象;间断环面槽的存在会产生较强的二次流,间断环面槽非对称性布置对二次流强度的影响有双面性:上游环面槽远离圆管使得二次流强度得到进一步增强,下游环面槽靠近圆管使得二次流强度减弱,综合效果是非对称性增加,二次流强度增大,传热能力增强;虽然间断环面槽翅片有着减少尾涡区面积的大小与重新发展边界层的功能,但是流体流经环面槽时产生较强的二次流才是其实现强化传热的主导因素。

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1绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3研究目的

1.4研究内容

2圆管间断环面槽翅片换热器的物理与数学模型

2.1 研究对象的物理模型

2.2 研究对象的数学模型

2.3 参数定义

2.4 边界条件

3数值方法

3.1坐标变换及区域离散

3.2控制方程与边界条件的转化

3.3网格生成

3.4 代数方程的建立

3.5求解代数方程

3.6数值求解收敛判据

4数值方法的考核

4.1 程序考核

4.2 网格独立性考核

5 非对称度对尾流区域的影响

5.1 流场分析

5.2 局部传热特性

6 非对称度对二次流强度的影响

7 非对称度对平均传热及阻力特性的影响

7.1传热及阻力特性分析

7.2传热性能分析

结论

致谢

参考文献

附录A 符号表

攻读学位期间研究成果