热水散热器之外部环境对流流场分析及其结构改进

摘要

以热水为热媒的散热器采暖是我国北方主要的采暖方式，但在其使用过程中仍存在着一些缺点和不足，其中壁面积灰就是一个普遍存在的现象。由于室内流场受到房间表面条件、热源尺寸及加热强度、环境因素以及其他控制参数的影响，对其进行实际测量及计算均有很大的难度，而数值模拟方法在解决这些问题时可以完整的取得所需的各种数据，对室内流场研究及分析、改进具有指导意义。
　　为了研究散热器附近墙壁表面出现积灰的原因，并寻求减少积灰的方法，本文的主要工作如下:
　　对散热器外部空气传热及流动过程进行理论分析，建立散热器供暖房间室内流场自然对流和辐射传热计算的物理及数学模型，运用流动及传热的相关理论知识对数学模型进行公式的推导和简化，理论分析流场分布情况及积灰形成的原理。
　　建立了散热器采暖房间的二维和三维物理模型，利用FLUENT?软件，采用SIMPLE算法和标准κ-ε模型，求解了二维和三维N-S方程和能量方程，对散热器采暖房间内的速度场和温度场进行了模拟研究，分析了室内速度场和温度场的分布情况及室内流场分布对灰尘颗粒运动的影响，解释了积灰呈条状分布的原因，并将二维和三维模拟结果与实验结果进行了比较。
　　对散热器外部结构进行了改进，模拟计算了结构改进后室内温度场和速度场的分布情况，分析了结构改进后积灰的沉积及分布情况。
　　模拟结果表明积灰的形成以及分布与散热器周围的流场分布情况有关，通过改进散热器的结构来改变流场分布，可以减少积灰在壁面的沉积，同时有利于室内的美观、便于积灰的清理，为室内供暖设计提供了一定的参考。

目录

声明

摘要

符号表

1 前言

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究动态及发展趋势

1．3 课题研究的主要内容

2 对流流场数值模拟理论分析

2．1 CFD计算方法简介

2．2 数学模型及控制方程

2．2．1 流体动力学控制方程

2．2．2 Boussinseq假设

2．2．3 浮力驱动流

2．3 湍流模型

2．3．1 湍流模型的数值模拟方法及选择

2．3．2 标准κ-ε两方程模型理论

2．4 近壁区处理及壁面函数

2．4．1 近壁区的流动特点

2．4．2 壁面函数法

2．5 辐射模型

2．5．1 辐射传递方程

2．5．2 辐射模型的选择

2．5．3 离散坐标辐射(DO)模型

2．6 控制方程的离散及数值解法

2．6．1 有限体积法离散控制方程

2．6．2 SIMPLE数值算法

2．7 本章小结

3 热水散热器之外部对流流场模拟分析

3．1 模拟研究所需物理模型简介

3．1．1 物理模型的简化假设

3．1．2 二维物理模型

3．1．3 三维物理模型

3．2 网格的生成

3．2．1 二维模型网格划分

3．2．2 三维模型网格划分

3．3 模拟工况及边界条件的设定

3．3．1 求解器的设定

3．3．2 材料属性的设定

3．3．3 操作条件的设定

3．3．4 边界条件的设定

3．3．5 求解控制

3．3．6 残差的设置及收敛的判断

3．4 结果显示与讨论

3．4．1 二维模拟结果

3．4．2 三维模拟结果

3．5 本章小结

4 散热器结构优化及改进

4．1 结构改进后的物理模型简介

4．1．1 物理模型

4．1．2 网格划分

4．2 模拟工况及边界条件的设定

4．3 结果显示与讨论

4．3．1 温度分布

4．3．1 速度分布

4．4 本章小结

5 结论

6 展望

参考文献

8 攻读硕士期间发表论文情况

致谢