热能与动力工程毕业论文
目录
1 绪论 (3)
1.1 课题背景及研究意义 (3)
1.1.1 强化传热技术概述 (3)
1.1.2 翅片管换热器强化传热技术 (4)
1.2 翅片管强化传热的数值解法 (6)
1.3 平直翅片管换热器的研究进展及成果 (9)
1.3.1 平直翅片管实验研究进展及成果 (10)
1.3.2 平直翅片管数值研究进展及成果 (11)
1.4 本文的主要研究内容 (13)
2 平直翅片管换热流动模型建立与分析 (14)
2.1平直翅片管换热与流动特性物理过程的描述 (14)
2.2平直翅片管换热器物理模型的建立 (14)
2.3.1物理模型的几何尺寸 (14)
2.3.2计算区域的选取 (14)
2.3平直翅片管数学模型描述与简化假设 (15)
2.3.3基本简化假设与定解条件 (15)
2.3.4基本控制方程 (16)
2.3.5相关参数的确定 (17)
2.3.6物理模型的边界条件及初始条件 (18)
3 基于Fluent平直翅片管数值模拟及CFD简介 (20)
3.1常用数值计算方法简介 (20)
3.2CFD概述 (22)
3.2.1 计算流体动力学简介 (22)
3.2.2 计算流体动力学的工作步骤 (22)
3.2.3 计算流体动力学的特点 (23)
3.2.4 CFD软件介绍 (23)
3.3FLUENT软件概述及GAMBIT简介 (24)
3.3.1 FLUENT程序结构 (25)
3.3.2 利用FLUENT的求解步骤 (25)
3.4平直翅片管基于FLUENT数值模拟 (26)
3.4.1 计算区域网格的划分 (26)
3.4.2 求解器的选择 (27)
3.4.3 控制方程的离散及收敛标准 (27)
4 平直翅片管数值计算结果及数据分析 (29)
4.1 迭代残差图 (29)
4.2 雷诺数对平直翅片管换热与压降特性的影响 (29)
4.2.1速度场分布 (30)
4.2.2温度场分布 (31)
4.2.3压力场分布 (32)
4.2.4雷诺数Re与Nu关系 (32)
4.2.5雷诺数Re与阻力系数f关系 (33)
4.2.6雷诺数Re与综合性能指数j/f的关系 (33)
4.3 翅片间距对平直翅片管换热与压降特性的影响 (34)
4.3.1翅片间距对换热性能的影响 (34)
4.3.2翅片间距对压降特性的影响 (35)
4.4 管排数对平直翅片管换热与压降特性的影响 (35)
4.4.1多排管束的流场分布 (35)
4.4.2管排数对换热特性的影响 (36)
4.4.3管排数对压降特性的影响 (37)
4.5 管排横向间距对平直翅片管换热与压降特性的影响 (37)
4.5.1 不同横向间距的管排内流场分布 (38)
4.5.2 横向间距对换热性能的影响 (39)
4.5.3 横向间距对压降性能的影响 (39)
4.6 管排纵向间距对平直翅片管换热与压降特性的影响 (40)
4.6.1不同纵向间距管排内流场的分布 (40)
4.6.2纵向间距对换热性能的影响 (41)
4.6.3纵向间距对阻力性能的影响 (41)
4.7 管排方式对平直翅片管换热与压降特性的影响 (42)
4.7.1顺排、叉排的流场分布 (42)
4.7.2顺排、叉排方式换热性能的差异分析 (43)
4.7.3顺排、叉排方式压降特性的差异分析 (44)
结论 (45)
致谢 (47)
参考文献 (48)
英文资料 (50)
中文翻译 (56)
1 绪论
1.1课题背景及研究意义
1.1.1强化传热技术概述
强化传热是上世纪六十年代开始蓬勃兴起的一种改善传热性能的先进技术。它的任务是促进和适应高热流，以达到用最经济的设备来传输特定的热量，用最有效的冷却来保护高温部件的安全运行，以及用最高效率来实现能源的有效利用。正因为如此传热强化在工业生产中有着十分广泛的应用，无论在动力、冶金、石油、化工、材料制冷等工程领域，还是航空航天、电子、核能等高技术领域，都不可避免的涉及热量的传递及其强化问题。而换热器作为一种传热设备成为工业生产中不可缺少的设备[1]。据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资占30%～40%；在制冷机组中，蒸发器和凝结器的重量占机组总重量的30%～40%，动力消耗占总值的20%～30%；在热电厂中，如果将锅炉也视作换热设备，则换热器的投资约占整个电厂总投资的70%左右[2]。因此，换热设备的合理设计、运转和改进对于整个企业投资、金属耗量、空间以及动力消耗有着重要影响。
近十几年来，世界面临着能源短缺的局面，为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。采用先进技术，节能降耗，倡导低碳生活和绿色的生存模式，提高能源有效利用率势在必行，正是出于这种目的，许多学者对强化换热技术进行了大量的研究，提高换热器的换热效率来节约能源。换热设备的合理设计、运转和改进对节省资金、能源和金属是十分重要的，因而强化换热对国民经济发展具有重大意义。
强化传热是实现换热器高效、紧凑换热的主要途径，其基本元件的开发研究一直备受关注，各种行业对强化传热的具体要求各不相同，但归纳起来，强化传热技术总可以达到下列目的[2]：
(1) 减少初设计的传热面积和重量；
(2) 提高现有换热器的换热能力；
(3) 使换热器在较低的温差下工作；
