几种典型翅片传热及阻力特性的数值研究与分析

论文题目: 几种典型翅片传热及阻力特性的数值研究与分析

论文类型: 硕士论文

论文专业: 动力工程及工程热物理工程

作者: 许伟

导师: 闵敬春

关键词: 强化翅片,换热特性,阻力特性,数值模拟

文献来源: 清华大学

发表年度: 2005

论文摘要: 强化翅片广泛应用于气体换热器,空调冷凝器、汽车散热器等都属于此类换热器。研究翅片的传热及阻力特性既能促进强化传热技术的发展,也能为社会带来经济效益。本文基于数值模拟对几种典型翅片的传热及阻力特性进行了研究。分别采用层流模型和RNG K-ε湍流模型对波纹通道中的流动换热进行了稳态和非稳态的数值模拟,结果表明,雷诺数Re小于600可采用层流模型,Re超过600时应使用湍流模型;不同流态下,努谢尔数Nu沿波纹周期的变化情况不同,层流时波纹通道上游周期中的Nu比下游大,湍流时下游周期中的Nu却比上游大;稳态模拟得到的Nu及摩擦因子fapp与非稳态模拟一致,因而利用稳态模型计算波纹通道的Nu和摩擦因子是妥当的。在分析波纹通道内换热及阻力特性基础上,本文结合连续型波纹翅片和间断型翅片的特点,对波纹翅片进行开缝处理获得了3种新型开缝波纹翅片,并讨论了开缝对波纹翅片性能的影响。结果表明,适当的开缝有利于消除横向涡,使流体混合得更加充分,从而改善波纹翅片的流动和换热综合性能;而且当开缝处翅片偏折的角度等于波纹角时更有利于消除横向涡。分析并比较了平直翅片、百叶窗翅片以及带纵向涡发生器的翅片的换热及阻力特性。结果表明,百叶窗翅片的强化换热效果明显大于带纵向涡发生器的翅片;如果把Colburn j因子和摩擦因子f的比值j/f作为翅片性能的评价基准,则带纵向涡发生器的翅片优于带纵向涡发生器的翅片;如果把更具实际意义的j/f1/3作为翅片性能的评价基准,则百叶窗翅片优于带纵向涡发生器的翅片;在翅片换热和阻力特性的研究中,采用对称的几何结构结合对称边界条件的模拟是妥当的。对两种典型的计算换热系数及翅片效率的方法进行了实例比较。无论是对于平直翅片还是百叶窗翅片,传热表面的局部换热系数的面积平均值都高于基于直翅片效率定义式迭代求解得到的换热系数;对于百叶窗翅片,由直翅片效率定义式直接得到的翅片效率大于迭代计算得到的翅片效率;对于平直翅片,由两种方法得到的翅片效率差异小于1%。

论文目录:

第1章 前言

1.1 概述

1.2 对流强化换热技术

1.3 翅片的换热强化机理

1.4 几种典型翅片的研究现状

1.4.1 波纹翅片

1.4.2 百叶窗型翅片

1.4.3 带纵向涡发生器的翅片

1.5 翅片性能的评价方法

1.6 本文研究内容

第2章 波纹通道换热与阻力特性的数值研究

2.1 波纹通道换热与阻力特性的二维模拟

2.1.1 数学模型

2.1.2 计算方法

2.1.3 数据处理

2.1.4 计算结果及讨论

2.2 波纹通道换热与阻力的非稳态特征的研究

2.2.1 数学模型及计算方法

2.2.2 计算结果及讨论

2.3 本章小结

第3章 开缝对波纹翅片换热及阻力特性的影响的研究

3.1 开缝波纹翅片的设计

3.1.1 设计思路

3.1.2 翅片形状

3.2 开缝波纹翅片换热及阻力特性的数值模拟

3.2.1 数学模型

3.2.2 计算方法

3.2.3 数据处理

3.3 计算结果及讨论

3.3.1 流线图

3.3.2 局部换热系数

3.3.3 换热及阻力综合性能比较

3.4 本章小结

第4章 百叶窗翅片和带有纵向涡发生器的翅片的性能研究和比较..

4.1 翅片的几何结构及参数

4.2 数值模拟细节

4.2.1 数学模型

4.2.2 计算方法

4.2.3 数据处理

4.3 计算结果及讨论

4.3.1 采用对称性边界条件的妥当性

4.3.2 局部流动换热特性

4.3.3 整体换热和阻力特性

4.4 本章小结

第5章 两种计算换热系数和翅片效率的方法的对比分析

5.1 两种数据处理方法介绍

5.2 实例分析

5.2.1 数值模拟细节

5.2.2 计算结果及讨论

5.3 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

发布时间: 2006-06-29

参考文献

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