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闭式空气冷却器结构优化与传热特性的研究

作　者: 李毅欣
导　师: 冯毅
学　校: 华南理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 闭式空气冷却器 换热器 翅片 优化设计
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


闭式空气冷却器以以其节水节能的优点,已经成为工业中重要的换热设备之一,广泛应用于各个领域。本文总结了国内、外翅片热性能的研究现状和最新研究动态,对翅片外形尺寸提出优化。本文综合研究了翅片强化效率与翅片体积的关系;研究了翅片高度与翅片厚度的配比对翅片强化效率的影响,并得出翅片高度与翅片厚度的最佳配比;以及研究在不同的对流换热系数工况下与之相适应的翅片外型尺寸。①翅片强化效率随着翅片体积的增加而增加。当翅片厚度较薄时,强化效率随着翅片体积的增加而增加的速率较大;当翅片厚度较厚时,薄强化效率随着翅片体积的增加而增加的速率较大。②当翅高翅厚比Hδ= 30时,强化效果效果最佳。③通过MATLAB软件用插值法求出,当翅片换热量3倍于光管换热量时,翅片高度与对流换热系数之间的数值解,再拟合出三倍的定强化效率时对流换热系数与翅片高度的关系式。④当对流换热系数20.0≤αf≤50.0( )W m ? K时,选用翅厚δ= 0.5 mm,翅高H = 17.3 mm的翅片效果最佳,此时翅高翅厚比为34.6 ;当对流换热系数50.0 <αf≤93.3( )2W m ? K时,选用翅厚δ= 1.0 mm,翅高H = 30.0 mm的翅片效果最佳,此时翅高翅厚比为30.0;当对流换热系数93.3 <αf≤100.0( )2W m ? K时,选用翅厚δ= 2.0 mm,翅高H = 60.0 mm的翅片效果最佳,此时翅高翅厚比为30.0。⑤而且当翅厚δ> 2.0 mm时,对强化效率的提高无明显影响。本文通过ANSYS软件模拟分析,根据低翅片、高翅片和优化结果建立五个实体模型在不同的工况下进行分析比较,结果表明由三组优化模型分别对应三组工况做出优化,翅片端面温度随对流强化传热系数的增大而逐步降低,强化效果明显。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 空冷器的概述  11-13
  1.2 翅片管空气冷却器的概述  13-16
    1.2.1 翅片管空气冷却器在国内外的发展概述  13-14
    1.2.2 翅片管空气冷却器的基本结构及工作流程  14-16
    1.2.3 翅片管空气冷却器的优缺点  16
  1.3 翅片管的概述  16-18
    1.3.1 翅片换热管的定义  16-17
    1.3.2 翅片管的分类  17
    1.3.3 翅片管的特性参数  17-18
    1.3.4 翅片管的研究进展  18
  1.4 本文的主要工作  18-21
    1.4.1 主要研究方法  18-19
    1.4.2 数值模拟技术在传热单元中的应用  19
    1.4.3 本文主要研究内容  19-21
第二章 翅片管单元的传热分析  21-28
  2.1 翅片管内的温度场  21-22
  2.2 翅片管单元数学模型的建立  22-25
    2.2.1 翅片管单元导热微分方程  22-23
    2.2.2 翅片管单元的定解条件  23
    2.2.3 建立翅片管单元数学模型  23-25
  2.3 翅片效率和强化效率  25-28
第三章 翅片管优化模型的建立及理论解  28-49
  3.1 优化原理  28-32
  3.2 多目标优化方法  32-34
  3.3 优化设计数学模型的建立  34-36
  3.4 优化计算及理论解的分析  36-48
    3.4.1 第一组优化设计变量的数值分析  37-40
    3.4.2 第二组优化设计变量的数值分析  40-44
    3.4.3 第三组优化优化变量的数值分析  44-48
  3.5 优化模型理论解的总结  48-49
第四章 翅片管传热数值模拟  49-64
  4.1 计算流体动力学及有限元法  49-51
    4.1.1 计算流体动力学(CFD)概述  49-50
    4.1.2 有限元法及其在传热学中的应用  50-51
  4.2 计算软件的选择  51-52
  4.3 建立实体模型、网格划分及边界条件的确定  52-56
    4.3.1 建立实体模型  52-55
    4.3.2 对实体模型划分网格  55
    4.3.3 对翅片管加载边界条件  55-56
  4.4 数值模拟结果及分析  56-64
    4.4.1 求解计算  56-57
    4.4.2 模拟结果的输出  57-61
    4.4.3 对五个实体模型模拟结果的综合分析  61-64
总结  64-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间取得的研究成果  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 热力工程理论 > 传热学
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