油浸式变压器用片式散热器的强化传热数值研究

论文摘要

由于冷热流体之间的热量交换过程广泛存在于动力、化工、轻工、冶金、建筑、制药及城市集中供暖等诸多部门,因此换热器是工业生产中不可缺少的设备。随着强化传热技术的进步以及日益增强的节能要求,出现了许多新型的、传热效率更好和结构更加紧凑的换热器。片式散热器是用来冷却大型油浸式变压器的一种有效的换热器。本文以传统的强化传热理论以及场协同理论作为指导,设计了三种不同类型的片式散热器强化传热方式：①流道内装纵向涡发生器；②流道内插扭带；③扩大表面积的横纹型通道。根据片式散热器通道实际尺寸改变三种强化传热模型的重要几何结构参数,利用数值模拟软件Fluent进行了多组数值计算,并对模拟结果进行深入的分析研究,最终得出了每种强化传热方式的最佳几何参数和最优的强化传热方式。计算结果表明：第一种方式的平均努赛尔数比Nu/Nu0最大可以提高5.5%,传热综合特性因子η值最大为1.0417；第二种方式的平均Nu/Nu0最大可以提高6.0%,传热综合特性因子η值最大为1.01684；最后一种强化传热方式Nu/Nu0最大可以提高3.7%,传热综合特性因子η值最大为1.05872。即相比之下,在流道内插入扭带带来的传热效果最佳,同时产生的流道阻力也最大；采用横纹型通道的传热与压降的综合特性最佳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 第一章 绪论
• §1-1 油浸式变压器的冷却及研究现状
• §1-2 强化传热技术研究现状
• 1-2-1 强化传热的原则
• 1-2-2 场协同理论对强化传热的指导
• 1-2-3 强化传热研究现状及发展前景
• 1-2-4 强化传热性能评价
• §1-3 本文研究的主要内容
• 第二章 片式散热器强化传热的数值模拟
• §2-1 数值模拟软件的选择
• §2-2 流动及换热的基本控制方程
• §2-3 建立物理模型
• 2-3-1 普通片式散热器的结构与尺寸
• 2-3-2 强化换热模型的结构
• §2-4 网格划分
• §2-5 物性参数
• §2-6 边界条件及迭代精度的控制
• 2-6-1 边界条件设置
• 2-6-2 迭代精度的控制
• §2-7 数据处理方法
• 第三章 片式散热器空通道的实验验证
• §3-1 实验设备与实验台的搭建
• §3-2 实验原理及实验工况
• §3-3 实验结果与数值模拟结果的相互验证
• 第四章 计算结果及分析
• §4-1 对采用纵向涡发生器强化通道换热的模拟
• 4-1-1 对空通道的数值模拟
• 4-1-2 改变纵向涡涡发生器宽度对通道的综合性能影响
• 4-1-3 改变纵向涡涡发生器高度对通道的综合性能影响
• 4-1-4 改变纵向涡涡发生器攻角对通道的综合性能影响
• 4-1-5 改变纵向涡涡发生器纵向间距和行数对通道的综合性能影响
• 4-1-6 小结
• §4-2 对通道内插扭带强化通道换热的模拟
• 4-2-1 改变扭曲比对通道的换热影响
• 4-2-2 改变扭曲比对通道的阻力特性影响
• 4-2-3 改变扭曲比对通道的综合性能影响
• 4-2-4 小结
• §4-3 对采用横纹强化通道换热的模拟
• 4-3-1 片式散热器单片空通道的模拟结果
• 4-3-2 圆型和椭圆型横纹通道的综合性能
• 4-3-3 椭圆型横纹通道的综合性能
• 4-3-4 小结
• 第五章 结论与展望
• §5-1 主要结论
• §5-2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果