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T型圆管中冷热流体混合过程大涡模拟及管内壁面温度导热反问题研究

作　者: 李春永
导　师: 卢涛
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: T型圆管大涡模拟导热反问题共轭梯度法
分类号: TQ021
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
引　用: 1次
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内容摘要

T型圆管结构有着非常广泛的应用。当T型管主管和支管内流体的温度不相同并且当温度相差又很大,那么两种流体在主管支管交汇处就会发生强烈的相互掺混过程,因此不可避免的就会在主管的下游一定区域内产生相应的热分层及热波动现象,这种现象如果长期作用在管道壁面就会产生一定程度的热应力,这种热应力会使管道材料产生疲劳失效,这对于管道的破坏作用是很大的。因此如何能够准确的预测到T型管内壁面的温度波动,是本课题的主要研究内容。本文首先对T型圆形管道之中的冷热流体的这种掺混过程以及管壁的传热过程进行了数值模拟,从传热与流动的机理上研究了这一混合过程,数值模拟观测并分析了T型圆管内冷热流的混合过程温度和速度波动情况以及由此引起的管道壁面的温度波动情况。而后本文利用有限单元法的特性,对T型圆管物理模型进行离散建立导热正问题模型。继而构建了三维T型圆管导热反问题模型,将数值模拟得到的T型圆管的外壁温度作为实验测量温度代入到反问题模型中,通过反演,我们得到了T型圆管内壁面上的温度信息及温度的波动情况。计算结果说明所构建的反问题的数学模型,可以准确的计算出T型圆管内壁面的温度信息。本文所建数学模型避开了管道内壁面具体的边界条件,不讨论流体的相互掺混现象,仅仅利用易于测量的外壁温度即可得到内壁温度,这种无损测量技术有着较好的应用前景。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-26
  1.1 课题研究背景和意义  14-16
  1.2 导热反问题的发展与研究现状  16-22
  1.3 本文主要研究内容及组织结构  22-24
  1.4 本章小结  24-26
第二章 T型圆管道冷热流体混合过程数值模拟  26-44
  2.1 物理及数学模型简介  26-31
  2.2 瞬时温度和瞬时速度  31-34
  2.3 流体内部的时均速度和均方根速度  34-38
  2.4 流体内部的时均温度和均方根温度  38-40
  2.5 圆管内外壁的时均温度和均方根温度  40-41
  2.6 温度波动以及功率频谱密度  41-42
  2.7 本章小结  42-44
第三章导热反问题数学模型  44-60
  3.1 导热正问题模型  44-54
  3.2 导热反问题模型  54-58
  3.3 本章小结  58-60
第四章导热反问题求解T型圆管内壁温度波动  60-66
  4.1 三维T型管导热反问题计算方案  60
  4.2 三维T型管导热反问题计算结果及分析  60-64
  4.3 本章小结  64-66
第五章结论与展望  66-68
  5.1 结论  66
  5.2 展望  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
研究成果及发表的学术论文  74-76
作者及导师简介  76-78
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  78-79

T型圆管中冷热流体混合过程大涡模拟及管内壁面温度导热反问题研究

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