内插半圆边槽扭带换热管强化传热的实验与数值模拟研究

摘要

换热器的强化传热技术是当今节能研究的重要分支之一。近年来，随着计算机的普及和不断更新，对强化传热问题的研究方法从单纯的实验逐渐转向实验与模拟相结合的方法。
　　 本文以水为工质，通过实验和数值模拟两种方法，研究了内插半圆边槽扭带换热管中的流体流动和传热情况。实验结果表明，内插半圆槽扭带换热管的摩擦阻力系数与空管相比增大了1％～39.5％，努塞尔准数相比空管提高了0.93％～21.28％。对实验数据进行回归分析，得到了压力降、摩擦阻力系数以及努塞尔数与扭率、槽径、槽距比和流速等的关联式。
　　 通过对扭带管流场和温度场的模拟，分析了流体在管内流动时的压力、速度、温度以及传热系数的分布情况。模拟结果表明，插入边槽扭带后，边槽位置处出现明显的漩涡。扭带管内流体压降与空管相比增大23％～58％，其轴向速度在扭带半宽度尺寸对应半径范围内比空管的轴向速度小，而扭带与管内壁之间流域的轴向速度则比空管大，有利于减薄边界层。且槽径越大，槽距比越小，流体压力降越大;扭率越小，槽径越小，流体周向速度越大。
　　 传热模拟结果表明边槽扭带换热管平均传热系数明显大于空管，插入边槽扭带管的平均表面传热系数和空管相比提高了12.4％～15.3％。槽径越大，传热系数越大;槽距比越小，传热系数越大。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 能源现状

1．2 强化传热技术研究

1．3 国内外强化传热技术的数值模拟研究现状

1．4 研究课题介绍

1．4．1 课题来源

1．4．2 本文主要工作

第二章 实验方案、数据处理及分析

2．1 实验装置及扭带结构

2．1．1 实验装置

2．1．2 半圆边槽扭带结构及参数

2．2 扭带安装

2．3 实验测量参数及涉及计算参数

2．3．1 测量参数

2．3．2 计算参数

2．4 实验数据处理及结果分析

2．4．1 扭带压降

2．4．2 摩擦阻力系数

2．4．3 扭带传热系数与努塞尔数

2．4．4 综合性能评价

2．5 本章小结

第三章 数值模拟工具与计算理论简介

3．1 模拟工具介绍

3．2 网格划分介绍

3．3 数学模型及计算方法

3．4 壁面函数理论

3．5 本章小结

第四章 流场数值模拟

4．1 创建模型

4．2 网格划分

4．3 模拟参数设定

4．4 流场模拟分析

4．4．1 换热管粗糙度确定

4．4．2 压力场

4．4．3 速度场

4．5 本章小结

第五章 传热模拟

5．1 几何模型建立

5．2 网格划分

5．3 模拟参数设定

5．4 传热模拟分析

5．4． 1 换热管导热分析

5．4． 2 传热系数

5．4． 3 温度场

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

附录

致谢

攻读硕士期间发表学术论文