横掠椭圆管的换热及流动特性研究

摘要

该文通过理论分析、数值计算和实验研究三种方法对空气横掠椭圆管的换热及流动特性进行了研究.利用边界层积分方程近似方法,分析了层流状态下绕流椭圆管的边界层发展状况,讨论了长径比a/b与分离点之间的关系,获得了边界层分离以前的局部对流换热系数并将其与绕流圆管、平板和冲击竖壁进行了比较.同时,利用VC++与Matlab混合编程技术,通过有限差分方法求解边界层微分方程组,获得各种椭圆管面的局部对流换热系数和边界层内速度分布,并初步实现了流场和温度场科学可视化.利用热质比拟原理及萘升华技术,在7000~60000的Re数范围内,对七种椭圆管的平均对流换热系数、五种椭圆管的局部对流换热规律进行了实验研究.在并给出了不同椭圆管的换热及阻力实验关联式,将其综合性能进行了比较.

目录

文摘

英文文摘

符号说明

1绪论

1.1引言

1.2国内外研究综述

1.2.1椭圆管自然对流下的流动及换热研究

1.2.2强制对流下的流动及传热性能研究

1.2.3椭圆管束强制对流换热性能研究

1.2.4翅片椭圆管束的对流换热研究

1.3课题的来源及意义

1.3.1理论意义

1.3.2工程意义

1.4研究的方法及内容

1.4.1研究方法

1.4.2本文主要内容

2横掠椭圆管的换热及流动理论分析

2.1绕流任意形状物体的流动及换热问题概述

2.2物理数学模型

2.2.1基本假设

2.2.2控制方程及边界条件

2.3计算方法

2.3.1数学变换

2.3.2求解动量方程

2.3.3求解能量方程

2.4主要结果及讨论

2.4.1边界层发展及分离。

2.4.2边界层内速度分布

2.4.3局部换热系数的分布

2.5结论及总结

3数值计算

3.1数值传热计算方法概述

3.2物理数学模型

3.2.1基本方程与基本假设

3.2.2简化控制方程与边界条件

3.2.3无因次化

3.2.4换热参数的引入

3.3差分格式及算法

3.3.1动量方程离散化和网格划分

3.3.2连续性方程离散和网格划分

3.3.3能量方程的离散化

3.3.4算法

3.4初始速度和温度的确定

3.4.1初始速度

3.4.2初始温度

3.5方程稳定性分析

3.6计算结果科学可视化

3.6.1设置编译环境；

3.6.2建立VC工程

3.7主要结果及讨论

3.7.1边界层分离及发展

3.7.2边界层内的速度分布

3.7.3局部换热特性

3.8结论及展望

3.8.1结论

3.8.2数值计算体会及见解

4实验研究

4.1实验原理

4.2实验装置

4.2.1风洞系统

4.2.2换热系数的测量系统

4.2.3压力测量系统

4.3实验过程及实验方法

4.3.1试件的制作

4.3.2平均换热系数的测量方法

4.3.3局部换热系数的测量

4.3.4流动阻力的测量

4.4流动可视化

4.5实验数据处理

4.5.1特征尺寸、核算速度的选取

4.5.2平均对流换热系数

4.5.3局部对流换热特性

4.5.4阻力实验数据的处理

4.5.5数据处理程序

4.5.6计算举例

4.6实验结果及讨论

4.6.1实验系统的可靠性校核及实验结果的误差分析

4.6.2实验结果的通用性验证

4.6.3横掠椭圆管平均对流换热特性

4.6.4椭圆管的局部对流换热规律

4.6.4横掠椭圆管阻力特性研究

4.6.5椭圆管综合性能比较

4.6.6可视化实验结果

4.6.7横掠一般曲线型柱体的换热及流动特性探讨

4.7小结

5结论

参考文献

附录

致谢

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