凹凸烟管传热与阻力性能计算报告书.doc

凹凸烟管传热与阻力性能计算报告书 目的 获得凹凸管的传热与阻力性能特征，并比较同等条件下光管的传热与阻力特性，对凹凸管的性能有一个量的认识，具体需要获得以下数据：放热系数（或努谢尔特数）、沿程阻力系数（或压差） 方法 采用CFD/NHT技术（计算流体力学及传热学）建立对象的流体力学和传热学微分方程，并对其进行数值化求解。 计算对象描述 计算对象（凹凸管）是具有上下、左右对称的粗糙管，其具体结构如下图所示。 图0－1　　凹凸管整体结构示意图 因其对称性，故可取其1/4作为计算对象，其网格划分如下。 图0－2　　单节距1/4凹凸管示意图 计算过程 为与光管性能进行比较，计算在充分发展条件下进行，并分别在给定速度范围内（5－25m/s）选取若干个速度点进行计算，流动介质为炉膛烟气。 计算结果 图0－2为500℃时的速度分布示意图，其入口平均流速为15m/s，图0－3为凹凸管最大截面及最小截面处中心线上的速度分布 图0－3　　凹凸管中心及两端截面速度分布云图 图0－4　　凹凸管最大截面和最小截面处水平及垂直中心线上速度分布（1/4大小） 以下是计算所得的8组数据，分别为300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃及1000℃时的结果。 (一)、300度计算结果 (1)、原始数据 速度 （m/s） 雷诺数 壁面剪切应力 (凹凸管) (Pa) 摩擦阻力系数 (凹凸管) 阻力系数 (凹凸管) 放热 系数 (凹凸管)（w/m2k） 努谢尔特数 (凹凸管) 单位管 长压降 (凹凸管) (Pa/m) 5 4584.15 0.2452 0.03179 0.45519 54.1 46.95 70.21326 7.5 6876.23 0.445 0.0256 0.41406 66.18 57.43 143.70635 10 9168.3 0.6524 0.02115 0.37742 73.36 63.66 232.87071 12.5 11460.38 0.8988 0.01865 0.35467 80.13 69.53 341.92185 15 13752.46 1.1424 0.01646 0.33936 84.99 73.75 471.12074 17.5 16044.53 1.4162 0.01499 0.32833 86.65 75.19 620.40266 20 18336.61 1.7734 0.01437 0.31813 94.08 81.64 785.14538 22.5 20628.68 2.1844 0.01398 0.31279 99.29 86.16 977.02668 25 22920.76 2.68034 0.0139 0.30825 106.98 92.83 1188.6714 续表 壁面剪切应力(光管) (Pa) 阻力系数 (光管) 放热 系数 (光管)（w/m2k） 努谢尔特数 (光管) 单位管长 压降(Pa/m) 放热系数之比 阻力系数之比 综合性能评价 0.0872 0.05381 25.06 21.75 8.389 2.15862 7.67284 1.37875 0.1686 0.04629 32.75 28.42 16.0732 2.02076 8.11414 1.27492 0.2725 0.04205 40.07 34.77 25.732 1.83089 8.1416 1.15427 0.3954 0.03906 46.97 40.76 37.022 1.70584 8.23549 1.07272 0.5393 0.037 53.004 46 51.117 1.60326 8.31925 1.00597 0.71 0.03579 59.618 51.73 67.92 1.45351 8.32193 0.91194 0.8998 0.03471 66.835 58 84.9 1.40759 8.31224 0.88336 1.1212 0.03409 74.395 64.56 108.4 1.33457 8.32244 0.83731 1.3585 0.03355 81.09 70.37 131.78 1.31917 8.33287 0.82742 (2)、数据处理 图1－1　两种管子的努谢尔特数　　　　　　图1－2　　两种管子的努谢尔特数之比 　　　图1－3　两种管子的阻力系数　　　　　　图1－4　　两种管子的阻力系数之比 　　　　　　图1－5　凹凸烟管的综合性能评价 (二)、400度计算结果 (1)、原始数据 速度 （m/s） 雷诺数 壁面剪切应力 (凹凸管) (Pa) 摩擦阻力系数 (凹凸管) 阻力系数