带肋片的矩形管道内流场和换热的数值模拟

摘要

在管道内加肋片扰流器能够增加管道的整体换热效果，但同时也会造成两个不利因素：额外的流动摩擦阻力；局部低换热区域的出现。特别是在固体肋片的正后方与侧壁面的夹角处，局部低换热特性非常明显。本文先分别研究了管道尺寸和入口段对管道换热效果的影响，之后采用了一种全新的半接触肋片来消除局部低换热区域。半接触肋片是在肋片与管道侧面和底面之间开有两个小孔，这样一部分流体可以从小孔流过，加强了肋片正后方角落的对流换热，在减小摩擦的同时，可以完全消除肋片通道的低换热区。
　　 本文采用了商业软件Fluent6.3对带有不同肋片的矩形管道内的流体流场和换热进行了数值模拟，雷诺数范围在104和2.5×104之间。计算的肋片形状包括与流动方向成90°角的直肋，以及与流动方向成60°角的斜肋。论文的后半部分，根据孔径大小的不同，又对五种不同参数的肋片，包括完全接触肋片、半接触肋片和全分离肋片，进行流动特性和换热特性数值研究。计算结果显示：光滑入口段对管道的换热效果有很大的影响；管道尺寸比例对管道换热效果的影响可以忽略；所有的半接触肋片都能完全消除低换热区域，同时产生的额外流动摩擦阻力也比完全接触肋片要小。

目录

文摘

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声明

第1章 绪论(带肋片管道内的对流换热)

1.1 引言

1.2带肋片管道内的综合换热效果

1.2.1管道高宽比对管道综合换热效果的影响

1.2.2肋片形状对管道综合换热效果的影响

1.2.3肋片的排列方式对管道综合换热效果的影响

1.3 带肋片管道内的局部换热效果

1.4 带肋片管道内对流换热问题的研究手段

第2章 光滑入口段和尺寸对管道换热效果的影响

2.1 实验尺寸下分析入口段对管道换热的影响

2.1.1肋片段前加光滑管道

2.1.2肋片段前不加光滑管道

2.2 原始尺寸管道的计算结果及分析

第3章 半接触式肋片管道计算模型

3.1 计算的物理模型

3.2 计算的数值模型

3.3计算与实验结果对比

第4章 半接触肋片管道的流场分布

4.1直肋管道的流场分布

4.2斜肋管道的流场分布

第5章 半接触式肋片管道的努塞尔数分布

5.1 直肋管道的努塞尔数分布

5.2斜肋管道的努塞尔数分布

第6章 半接触肋片管道的综合换热效果

6.1 管道的平均努塞尔数

6.2管道的摩擦因子

6.3 管道的综合换热效率

6.4本章总结

第7章 总结

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢