圆形外翅片管强化换热性能分析与模拟

摘要

本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法，以切削挤压复合成型的双金属翅片管为研究对象，分析翅片结构与翅片表面传热系数及翅片材料之间的关系;对双金属翅片管的换热过程进行数值模拟并对其结构进行优化设计。
　　本文建立了双金属翅片管有限元分析过程的三维理论模型，对翅片管换热过程进行理论分析;并对模型分析过程中遇见的问题进行了处理。主要方法如下:对于实际工程中长径比比较大的翅片管截取有限尺寸并进行模拟分析，以提高计算速度;对建立的四分之一模型进行加载求解，获得翅片管温度场的有效数据进行理论分析。
　　通过运用应力分析软件ANSYS对不同结构翅片管温度场进行模拟分析，获得翅片表面温度分布离散结果，对结果进行分析，比较翅片高度、翅片厚度、材料导热系数、表面传热系数之间的关系。通过计算不同结构下的翅片效率，获得离散数据拟合翅片效率曲线，通过对效率曲线的分析比较，确定翅片最优结构，从而提高换热器的传热性能，达到优化目的;运用workbench软件对一定工况的翅片结构进行优化。
　　结合理论分析结果与数值模拟结果进行比较研究，表明数值模拟结果与理论结果相吻合。说明有限元软件数值模拟过程是传热分析的理想而有效的手段。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 翅片管概述

1．2．1 翅片管的定义

1．2．2 翅片管的分类

1．2．3 翅片管的主要性能要求

1．2．4 翅片管生产技术现状

1．2．5 翅片管结构参数

1．2．6 翅片管的强化传热

1．3 翅片管传热分析与对流换热研究综述

1．3．1 主要研究方法

1．3．2 数值传热学的兴起和发展

1．4 课题工程背景及研究目的意义

1．5 本文的研究工作

第2章 翅片管传热理论

2．1 流体流动与控制理论

2．1．1 流动与传热控制方程

2．1．2 控制方程的通用形式

2．2 热量传递理论

2．2．1 导热理论

2．2．2 对流理论

2．3 数值计算传热理论

2．3．1 有限元方法特点及介绍

2．3．2 离散格式的性能比较

2．3．3 离散三维问题方程

2．4 翅片管传热理论模型基础

2．5 本章小结

第3章 翅片管有限元模型

3．1 计算方程

3．2 插值函数与形状函数

3．3 单元积分计算

3．3．1 内部单元和第一类边界单元的积分计算

3．3．2 第三类边界单元的积分计算

3．4 有限单元的总体合成

3．5 本章小结

第4章 翅片管有限元分析

4．1 ANSYS稳态热分析模块

4．1．1 稳态热分析定义

4．1．2 稳态热分析的控制方程

4．1．3 热载荷和边界条件的类型

4．1．4 稳态热分析基本步骤

4．2 建立模型和计算

4．2．1 翅片管模型的建立

4．2．2 设置材料特性

4．2．3 网格的划分

4．2．4 载荷的施加、边界条件及求解

4．3 模型结果

4．4 模型结果分析

4．4．1 翅片管高度与换热系数的关系

4．4．2 翅片管厚度与换热系数的关系

4．4．3 翅片导热系数与换热系数的关系

4．4．4 比渥数Bi与温度场的关系

4．5 数值法求解模型最优结构

4．6 数据计算结果及拟合效率曲线分析

4．7 本章小结

第5章 定工况翅片管结构优化

5．1 优化设计基础

5．1．1 优化设计概述

5．1．2 优化设计理论

5．1．3 优化设计基本概念

5．1．4 优化设计的过程和步骤

5．2 WORKBENCH结构优化

5．2．1 优化背景

5．2．2 优化步骤

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

附录