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内螺纹肋管流动与传热的特性研究

作　者: 车刘杰
导　师: 张定才
学　校: 中原工学院
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 内螺纹肋管强化传热数值模拟中心被堵内螺纹肋管
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

内螺纹肋管是一种被广泛应用的强化传热管。本文通过数值模拟的方法,研究内螺纹肋管和中心被堵内螺纹肋管的流动与传热规律。肋参数范围:无量纲肋高H为0.02~0.06,肋数N为35~50条,螺旋角γ为35°~45°。分析肋高、肋数、螺旋角变化对努塞尔数Nu和阻力系数f的影响,并通过实验验证。对中心被堵内螺纹肋管进行数值模拟,中心堵管与外管内径比d/D的范围为0.2~0.5,分析中心堵管管径变化对流动与传热的影响。主要结论如下:1、随着螺旋角的增大,Nu和f均先增大后减小,在螺旋角为41°时,Nu达到最大,在螺旋角为39°时,f达到最大。内螺纹肋管Nu数与光管Nup数的比值Nu/Nu p=1.51～1.71,评价指标采用η=(j/jP)/(f/fP)1/3 ,η= 1.15～1.28。2、随肋数N的增加,Nu和f的变化都不大。Nu/Nu p的变化范围为Nu/Nup = 1.71～1.73,评价指标的范围在η= 1.279～1.281。3、随肋高的增加,Nu和f都有较大增加, Nu/Nu p随着肋高H(0.02~0.05)增加而单调递增, Nu/Nup的变化范围为1.59～1.83,评价指标的值为η= 1.24～1.30。4、通过对计算结果的分析,在所选择的肋几何参数范围内,最佳肋参数为0.50/40/41。5、对于中心被堵内螺纹肋管,当d/D在0.35~0.4之间变化时,Nu数增大的梯度很大,而f增大的梯度相对较小。6、对于中心被堵内螺纹肋管,η随着d/D的增大而增大,当d/D在0.2~0.5之间变化时,评价指标的值为1.57~2.05。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
1. 绪论  11-16
  1.1 研究背景及意义  11
  1.2 强化传热技术  11-13
  1.3 管内单相流动换热研究现状  13-15
    1.3.1 内螺纹肋管强化换热研究  13-14
    1.3.2 环形空间传热研究  14-15
  1.4 本文工作  15-16
2. 数值计算方法  16-22
  2.1 内螺纹肋管层流换热模型  16-17
    2.1.1 物理模型  16
    2.1.2 数学模型  16-17
  2.2 有限容积法离散  17-19
    2.2.1 通用控制方程  17
    2.2.2 通用控制方程的离散  17-19
  2.3 离散方程的求解  19-21
    2.3.1 算法的确定  19-21
    2.3.2 收敛判据的确定  21
  2.4 小结  21-22
3. 内螺纹肋管数值计算结果及分析  22-34
  3.1 网格考核  22-24
    3.1.1 光管的数值计算  22
    3.1.2 网格独立性考核  22-24
  3.2 内螺纹肋管计算结果  24-27
    3.2.1 内螺纹肋管几何参数选择  24
    3.2.2 螺旋角γ对Nu 和f 的影响  24-25
    3.2.3 肋数N 对Nu 和f 影响  25-26
    3.2.4 肋高H 对Nu 和f 影响  26-27
  3.3 内螺纹肋管计算结果分析  27-33
    3.3.1 评价指标的选择  27-30
    3.3.2 内螺纹肋管强化换热综合分析  30-33
  3.4 小结  33-34
4. 中心被堵内螺纹肋管数值计算  34-41
  4.1 环形空间流动换热的分析解  34
  4.2 中心被堵内螺纹肋管网格独立性考核  34
  4.3 中心被堵内螺纹肋管计算结果  34-40
    4.3.1 计算结果  35-37
    4.3.2 速度场分析  37-39
    4.3.3 温度场分析  39-40
  4.4 小结  40-41
5. 实验系统及数据处理方法  41-51
  5.1 实验系统的建立  41-42
  5.2 实验参数测试  42-46
    5.2.1 压力的测试  43
    5.2.2 加热功率的测试  43-45
    5.2.3 温度的测试  45-46
  5.3 实验数据处理  46-48
    5.3.1 特征尺寸及定性温度  46
    5.3.2 热平衡与热流密度的计算  46
    5.3.3 内壁面温度和流体主流方向温度的确定  46-47
    5.3.4 对流传热系数和Nu 的确定  47
    5.3.5 Re 数的确定  47
    5.3.6 阻力系数的定义  47-48
  5.4 实验结果与计算结果的对比分析  48
  5.5 流动特性分析  48-49
  5.6 传热特性分析  49-50
  5.7 小结  50-51
6. 结论  51-53
  6.1 本文结论  51-52
  6.2 本文创新点  52
  6.3 研究展望  52-53
参考文献  53-57
附录：硕士研究生学习阶段发表论文  57-58
致谢  58-59

内螺纹肋管流动与传热的特性研究

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