螺旋型波纹管强化传热的数值模拟及其优化

摘要

近年来能源问题越来越严峻,节能减排工作日益受到人们的重视,而强化传热技术则是高效利用和节约能源的重要途径。应用强化传热技术最多的是换热器,本文设计了一种强化换热器——螺旋型波纹管。
　　本文在对强化传热技术及波纹管强化传热的研究进展和现状进行论述的基础上,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对螺旋型波纹管管内的传热性能和流动规律进行研究,为螺旋型波纹管在工业中的应用提供技术储备。
　　首先,基于 Fluent流体软件对螺旋型波纹管进行了数值模拟研究,考察了螺旋波高、波宽、螺距和雷诺数对螺旋型波纹管管内对流传热与阻力性能的影响,同时对螺旋型波纹管与光滑管管内传热与阻力性能进行了对比。其次,从场协同原理的角度,以场协同角为强化传热场协同优劣评价标准,分析了螺旋型波纹管结构参数(波高、波宽、螺距)和雷诺数对螺旋波纹管场协同性的影响,对螺旋型波纹管的强化传热内在机制进行了进一步研究和探讨。最后,根据数值模拟的结果利用线性回归给出了螺旋波纹管传热性能与阻力性能的关联式。建立了换热管优化设计数学模型,基于 MATLAB软件得到了螺旋型波纹管换热效率最高时的结构参数值。

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第一章 绪论

1.1 本文研究背景、目的及意义

1.2 强化传热技术概述

1.3 波纹管的研究现状

1.4 场协同原理

1.5 本文研究的主要内容

第二章 数值模拟模型的建立与求解

2.1 湍流模型

2.2 计算流体力学软件简介

2.3 几何模型

2.4 控制方程

2.5 网格划分

2.6 物性参数

2.7 边界条件和求解设置

2.8 本章小结

第三章 螺旋型波纹管传热与流动数值模拟结果分析

3.1 螺旋型波纹管传热与流动数值模拟流场分析

3.2 结构参数与流体物性对螺旋管传热与流动的影响

3.3 不同形状螺旋槽的螺旋型波纹管的对比分析

3.4 本章小结

第四章 螺旋型波纹管的场协同角分析

4.1 软件中场协同函数的设置

4.2 数值模拟的结果与分析

4.3 结构参数对场协同的影响

4.4 本章小结

第五章 螺旋型波纹管强化传热结构参数优化

5.1 优化设计概述

5.2 螺旋型波纹管优化设计数学模型的建立

5.3 程序设计及优化结果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献