LVG强化有限空间自然对流换热和强化管内强迫对流换热的研究

摘要

该实验是基于开发强化传热技术提出的,高效传热管广泛存在于工业应用的换热设备中.该实验研究分成两部分,第一部分是纵向涡发生器(LVG)强化有限空间自然对流换热的实验研究,第二部分是LVG强化管内强迫对流换热的实验研究.数值模拟方面,应用PHOENICS软件建立涡发生器强化换热的模型,对流场的流动结构作出了模拟计算.研究证明,纵向涡发生器可有效地强化传热.对LVG强化有限空间竖直平板自然对流换热进行了实验研究.在一定的Grashof数范围内,直角三角翼纵向涡旋发生元的冲击角、翼高和翼宽等几何参数是影响强化传热的主要因素,得出结论如下:1、用LVG强化换热,存在最佳攻角范围.该实验条件下,最佳攻角范围是30°-60°;2、高宽比是LVG的几何因子,在高宽比一定时,增加翼高可以增强换热效果;3、在元件数量,布置方式和其他条件相同的情况下,LVG强化换热的效果要优于矩形肋;4、在两排布置LVG时,前排的LVG产生的纵向涡可以使后排LVG的换热效果得到增强.对LVG强化管内强迫对流换热进行了实验研究和数值模拟计算.结果表明:1、在传热管道内壁设置一定数目的三角纵向涡发生器,产生的涡偶能有效地强化传热;2、尺寸适当而较大的涡发生器的强化传热效果比尺寸较小的发生器好.如当Re=4500时,布置3号LVG时比布置2号LVG时换热增强了9﹪;3、布置两排纵向涡发生器时,强化换热的效果要优于布置一排时的情况.当Re=5500时,布置两排时比布置一排时增加了25.07﹪;4、实验中两种不同间距设置的LVG强化换热效果从总体上看,跨距的改变并没有使得换热系数有明显的改变.这个结果在一个方面上说明了纵向涡在一个大范围内的稳定性,这种特性决定了它可以很好地用于换热的强化应用.强化传热性能指标(Nu/Nu<,0>)/(f/f<,0>)<'0.29>,可用A表示,双排布置时可达1.3.合理地布置涡发生器有着重要的意义.管内布置纵向涡发生器在过渡流范围内的强化换热效果较好,且阻力不会增加很多,是一种十分有效的强化传热技术,可应用于过渡流区管内为气体的换热设备.

目录

文摘

英文文摘

华南理工大学学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书

主要符号

第一章绪论

1.1研究的背景意义

1.2对流换热强化方法概述

1.2.1强化传热的方式

1.2.2强化措施和应用

1.3国内外管内强化传热综述

1.4纵向涡强化换热机理

1.5近期对流体涡旋的研究状况

1.6本章小结

第二章数值模拟计算简述与PHOENICS软件介绍

2.1概述

2.2数值模拟计算简述

2.2.1湍流对流换热的Reynolds时均方程

2.2.2 k-ε两方程模型

2.2.3有限容积法

2.2.4动量方程的求解和压力修正法

2.2.5求解代数方程组的迭代法

2.3 PHOENICS软件的介绍

2.3.1 PHOENICS的结构

2.3.2 PHOENICS软件的一些优点

2.3.3 PHOENICS的一些特征

2.4本章小结

第三章LVG强化有限空间自然对流换热的实验研究

3.1实验系统

3.1.1实验加热面

3.1.2电源

3.1.3测量仪器

3.2实验和数据的处理

3.2.1直角三角翼纵向涡发生器对壁面局部温度的影响

3.2.2实验计算区域A的选择

3.2.3平均换热系数的计算

3.3实验结果与讨论

3.3.1攻角β的影响

3.3.2翼高翼宽大小的影响

3.3.3空腔厚度的影响

3.3.4直角三角翼LVG同矩形肋的比较

3.3.5单排LVG与双排LVG比较

3.4本章小结

第四章圆管内LVG强化传热实验系统与数值模拟

4.1实验台的组成

4.1实验系统的验证

4.2三角纵向涡发生器形状的设计

4.3三角纵向涡发生器的管内布置

4.4实验测量方法

4.5实验数据的处理

4.6测量误差分析

4.7数值模拟模型的建立

4.7.1数值模拟模型

4.7.2基本假设

4.7.3湍流模型的选择

4.7.4数值模拟的设计分析

4.7.5松弛因子的选取

4.7.6差分格式的选取

4.7.7网格的划分

4.7.8收敛依据

4.8数值模拟模型数据的处理

4.11本章小结

第五章实验与数值模拟结果分析

5.1管内纵向涡强化换热分析

5.1.1本节小结

5.1.2主要结论

5.1.3建议

5.2实验结果

5.3不同大小纵向涡发生器强化换热的比较

5.4单排与双排纵向涡发生器强化换热比较

5.5不同间距双排纵向涡发生器强化换热的比较

5.6强化换热效果的评判和对比

5.7展望

5.8本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

附录