平直翅片管传热与阻力特性的数值研究论文.doc

平直翅片管传热与阻力特性的数值研究毕业论文 目 录 摘 要 I Abstract II 第一章 绪论 1 1.1 课题背景及研究意义 1 1.2 翅片管强化传热的数值解法 4 1.3 平直翅片管换热器的研究进展及成果 7 1.4 本文的主要研究内容 11 第二章 平直翅片管换热流动模型建立与分析 12 2.1 平直翅片管换热与流动特性物理过程的描述 12 2.2 平直翅片管换热器物理模型的建立 12 2.3 平直翅片管数学模型描述与简化假设 14 第三章 基于Fluent平直翅片管数值模拟及CFD简介 18 3.1 常用数值计算方法简介 18 3.2 CFD概述 20 3.3 FLUENT软件概述及GAMBIT简介 22 3.4 平直翅片管基于FLUENT数值模拟 24 第四章 平直翅片管数值计算结果及数据分析 27 4.1 迭代残差图 27 4.2 雷诺数对平直翅片管换热与压降特性的影响 27 4.3 翅片间距对平直翅片管换热与压降特性的影响 32 4.4 管排数对平直翅片管换热与压降特性的影响 33 4.5 管排横向间距对平直翅片管换热与压降特性的影响 35 4.6 管排纵向间距对平直翅片管换热与压降特性的影响 38 4.7 管排方式对平直翅片管换热与压降特性的影响 40 结 论 43 参考文献 44 外文原文 47 中文翻译 53 第一章 绪论 课题背景及研究意义 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； (4) 减少换热器的阻力，以减少换热器运行时的动力消耗； (5) 提高换热器的换热器能力，同时使得增加的阻力不至于太大。 其中，方法(5)是一种崭新的强化换热的方法，由于很多传统强化换热的方法会明显带来流动阻力的大幅增加，而很多时候阻力增加的代价是大于换热增加带来的效益的，出现这种情况就会得不偿失了。方法(5)追求的目的是能够在换热系数和流动阻力这两者之间做一个较好的权衡，起到减阻强化传热的效果[3]。不同的强化传热技术可满足不同的要求，如减少初次传热面积以减小换热器的体积和重量，或提高换热器的换热能力，或增大换热温差，或减少换热器的动力消耗。这几个目的不可能同时满足，因为它们是相互制约的，在选择某一种强化技术前，必须先根据其具体任务，对设备体积、重量、投资及操作费用进行综合平衡[4]。 现在，对传统换热器设备强化换热研究主要集中在三大方向上[1]：一是开发新的换热器品种，如板式、螺旋板式、振动盘管式、板翅式等等，这些换热器设计思想都是尽可能地提高换热效率；二是对传统的管壳式换热器采取强化措施。具体说来，就是用各种异型管取代原来的光管，现在较常用的有螺旋横纹（螺纹管）、横槽纹管、波纹管、内翅管及管内插入强化物质；三是换热设备的强化与用能系统的优化组合，就是说按照能量的品味逐级利用，使用能的流程处于最合理的搭配，降低能耗实现全系统的节能。无论是在壁面增加粗糙表面还是利用插入物来强化传热技术，虽然传热效果有了很大的改进，但这些方法有许多缺点，例如