窄环隙流道冷却传热特性研究

论文摘要

本文以单相水为工质，对6个当量直径不同(d_e=5.96、4.90、3.98、2.90、1.80、0.94mm)的环隙流道，在热水入口温度不同(50℃、60℃、70℃、80℃)条件下的冷却传热特性进行了实验研究，对其传热机理和影响因素进行了理论分析；同时以部分实际实验工况为基础，应用CFD软件(Fluent)进行了仿真计算，得出以下结论：环隙流道内的单相强迫对流换热就流动状态而言在一定的当量直径范围内(1.8mm～5.96mm)分为层流区、过渡区和紊流区。过渡区间随当量直径的不同而不同，Re数范围大致为在500～2000之间，随环隙宽度增大有所提前。当量直径为0.94mm的流道只有紊流区。当量直径为1.8mm～5.96mm的各个环隙流道在紊流区、过渡区和部分层流区具有强化换热的作用；但在部分层流区对换热起到抑制的作用。当量直径为0.94mm的流道对换热起到抑制的作用。热水入口温度不同对环隙流道换热的影响在Re＜1000和Re＞3000时较为明显，变化趋势为在相同Re数下，随热水入口温度增大，换热能力降低。环隙当量直径对换热影响在Re＜1000较为明显，变化趋势为：在相同Re数下，随环隙宽度的减小Nu数也减小。热流方向的不同对换热存在一定的影响。仿真计算值与实验值符合较好，误差不大；芯管内径变化对窄环隙流道换热有一定影响；当量直径d_e=7mm时窄环隙流道紊流区已不具有强化换热的作用，而层流区和过渡区的强化换热作用仍很显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外窄隙流道流动及传热特性研究现状
• 1.2.1 窄隙流道沸腾换热研究现状
• 1.2.2 窄隙强迫对流换热研究现状
• 1.3 本课题研究内容
• 第2章 实验装置及实验方法
• 2.1 实验装置及流程
• 2.1.1 循环水系统
• 2.1.2 温度测量系统
• 2.1.3 流量及压力测量系统
• 2.1.4 电加热系统及控制系统
• 2.2 实验元件
• 2.3 实验装置的调试和检测
• 2.4 实验目的和实验方法
• 2.4.1 实验目的
• 2.4.2 实验步骤
• 2.5 本章小结
• 第3章 实验数据处理
• 3.1 实验仪器的标定、调试和改进
• 3.1.1 热电偶的标定
• 3.2 实验数据的处理方法
• 3.3 本章小结
• 第4章 窄环隙流道对流换热特性实验分析
• 4.1 引言
• 4.2 换热特性的预计
• 4.3 窄环隙流道冷却传热特性总体分析
• 4.4 冷却水流量变动对换热的影响
• 4.5 热水入口温度的差异对换热的影响
• 4.6 热流方向对窄环隙换热的影响
• 4.7 两种处理数据方法的差别
• 4.8 实验关联式的回归
• 4.9 本章小结
• 第5章 FLUENT仿真计算分析
• 5.1 物理模型建立及网格划分
• 5.2 利用 FLUENT—3D求解器进行求解
• 5.2.1 总体计算流程
• 5.2.2 控制方程
• 5.2.3 读入网格数据，调整单位，检查、平滑网格等
• 5.2.4 选定求解器
• 5.2.5 初始值设置
• 5.2.6 求解控制
• 5.2.7 模拟工况
• 5.3 显示计算结果及后处理
• 5.3.1 层流区
• 5.3.2 过渡区和紊流区
• 5.4 仿真结果与实验结果比较
• 5.5 针对几种流道的仿真
• 5.5.1 芯管内径改变对窄环隙流道换热的影响
• 5.5.2 环隙当量直径为7mm的换热特性
• 5.6 仿真不足之处
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢