【正文】 管之間的接觸熱阻，認(rèn)為翅片根部及翅片翻邊部分溫度與鋁制管壁為恒壁溫條件318 K，翅片表面溫度分布由翅片導(dǎo)熱及其與空氣對流換熱耦合求解得到；② 空氣進(jìn)口溫度為308 K；③ 由于空氣在換熱器內(nèi)流速不高及翅片間隙很小，假設(shè)流動為穩(wěn)定的層流；④ 由于流動過程中空氣的溫度變化不大，取空氣為常物性。幾何結(jié)構(gòu)如圖21和圖22所示：圖21 叉排布置的翅片管換熱器圖22 順排布置的翅片管換熱器 計(jì)算區(qū)域的選取在實(shí)際模擬計(jì)算中受到計(jì)算機(jī)軟硬件的限制和從計(jì)算效率方面的考慮，不對完整的換熱器建立計(jì)算模型，而對幾何模型進(jìn)行簡化處理。在翅片管內(nèi)，管束繞流、管后漩渦是流體擾動的主要特征，在漩渦區(qū)內(nèi)由于流體的緩慢流動及主流體無法有效透過漩渦與壁面進(jìn)行熱交換，使該壁面處的換熱降到最低，同時循環(huán)漩渦增加了流動阻力，但這種流體擾動有時能夠引發(fā)流動不穩(wěn)定，促使流動在較低Re的下自身擾動增強(qiáng)，從而使換熱性能大大提高，改善換熱性能，但同時流動阻力也會相應(yīng)增加。3. 根據(jù)有限容積法的二階迎風(fēng)格式（Second Order Upwind）對計(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散化，對離散后的控制方程設(shè)置邊界條件和初始條件，并采用標(biāo)準(zhǔn)的SIMPLE算法和穩(wěn)定的層流模型來求解壓力速度耦合問題，對于翅片表面溫度分布，采用翅片導(dǎo)熱與流體對流換熱耦合求解。針對上述課題的意義、翅片管式換熱器的換熱特點(diǎn)及國內(nèi)外在實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方面發(fā)展?fàn)顩r的分析，得出平直翅片管式換熱器管排橫縱向間距、翅片間距、管排數(shù)和Re數(shù)等因素對換熱與阻力特性的影響，以此為工業(yè)上平直翅片表面換熱設(shè)備的選擇提供參考依據(jù)。(8) 2010年，馬挺、曾敏[17]等數(shù)值模擬方法對平直翅片管燃?xì)鈧?cè)在高溫和常溫兩種不同環(huán)境中傳熱與阻力特性進(jìn)行了對比研究，數(shù)值模擬結(jié)果表明：燃?xì)膺M(jìn)口溫度對Nu數(shù)影響較大，溫差對阻力系數(shù)f影響較大，輻射對Nu數(shù)影響較大，對阻力系數(shù)f影響很小。(5) 2003年，何江海等[15]對整體式平直翅片管換熱器進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，～，并由計(jì)算結(jié)進(jìn)一步得出不同來流速度時的空氣側(cè)對流換熱系數(shù)與壓降的變化情況。(3) 宋富強(qiáng)對不同風(fēng)速下的傳熱機(jī)理進(jìn)行場協(xié)同數(shù)值研究，得到了不同位置速度矢量與溫度梯度的協(xié)同程度，發(fā)現(xiàn)低流速時，全場的溫度梯度與速度協(xié)同程度好，因而換熱速率隨流速近線型增加，但管子背風(fēng)側(cè)的換熱強(qiáng)度較差。 平直翅片管數(shù)值研究進(jìn)展及成果(1) Saboya在研究此問題時指出，邊界層的發(fā)展是制約單排管換熱特性的重要因素。(7) 1996年以來，Wangel一直致力于翅片管的研究，對平翅片換熱器也做了大量的研究，同時針對翅片換熱器的發(fā)展形式，對小管徑和小結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器進(jìn)行了研究，得出大量十分有價值的研究成果。(4) 1991年，Seshimo and ，對21種平翅片形換熱器進(jìn)行了研究。屬于這種翅片的有條縫形翅片和百葉窗形翅片等?？傊茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天的階段，把實(shí)驗(yàn)測定、理論分析與數(shù)值模擬這三種研究手段有機(jī)而協(xié)調(diào)地結(jié)合起來，是研究流動與傳熱問題的理想而有效的方法。實(shí)驗(yàn)測量方法是研究流動與傳熱問題的最基本的方法，它所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是真實(shí)可信的，它是理論分析和數(shù)值方法的基礎(chǔ)，一方面補(bǔ)充現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，另一方面為工程設(shè)計(jì)人員提供新的技術(shù)支持，同時還可以與數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行對比來改進(jìn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因而其重要性不容低估。因?yàn)榻Y(jié)果的準(zhǔn)確度是由數(shù)學(xué)模型的精度和數(shù)值方法共同決定，因此數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法必須都具有良好的完善性，而且對于十分復(fù)雜的問題，數(shù)值解目前也很難獲得。與實(shí)驗(yàn)的情況不同，在計(jì)算中幾乎沒有不能達(dá)到的位置。一個設(shè)計(jì)者能夠在一天之內(nèi)研究出多種方案，并從中選擇最佳的設(shè)計(jì)，而相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究卻需要很長的時間。在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)運(yùn)算的成本要比相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究的成本低好幾個數(shù)量級。上述基本思想可以用圖15來表示。翅片管式換熱器是一種在制冷、空調(diào)、化工等工業(yè)領(lǐng)域廣泛采用的一種換熱器形式，對它的研究不僅有利于提高換熱器的換熱效率和整體系統(tǒng)性能，而且對改進(jìn)翅片換熱器的設(shè)計(jì)型式，推出更加節(jié)能、節(jié)材的緊湊式換熱器有著重要的指導(dǎo)意義。平直翅片管（圖14）換熱器具有良好的傳熱性能和低阻力性能，其在制冷、空調(diào)、化工、電子微器件散熱（如CPU熱管式散熱器圖12和13）等多個工業(yè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用[7]。采用附加表面來增加換熱面積、減小流體通道的水力直徑，從而改變通道內(nèi)溫度場的分布就是強(qiáng)化空氣側(cè)換熱最常用的手段之一，翅片管換熱器（如圖11）就是基于上述原理制造出來的。在層流對流換熱情況下，流體速度和溫度呈拋物線分布，從流體核心到壁面都存在速度和溫度的梯度，因此對層流換熱所采取的強(qiáng)化措施是使流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的徑向混合，使核心區(qū)流體的速度場、溫度場趨于均勻，壁面及壁面附近區(qū)域的溫度梯度增大，進(jìn)而強(qiáng)化層流換熱。無論是在壁面增加粗糙表面還是利用插入物來強(qiáng)化傳熱技術(shù)，雖然傳熱效果有了很大的改進(jìn)，但這些方法有許多缺點(diǎn)，例如換熱管的加工制作工藝過于復(fù)雜，增加金屬消耗量從而增加換熱器重量，又易于造成管子堵塞，換熱能力增強(qiáng)的同時，阻力也相對增大許多，從而造成運(yùn)行成本的提高等。不同的強(qiáng)化傳熱技術(shù)可滿足不同的要求，如減少初次傳熱面積以減小換熱器的體積和重量，或提高換熱器的換熱能力，或增大換熱溫差，或減少換熱器的動力消耗。換熱設(shè)備的合理設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)和改進(jìn)對節(jié)省資金、能源和金屬是十分重要的，因而強(qiáng)化換熱對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中，換熱器投資占30%～40%；在制冷機(jī)組中，蒸發(fā)器和凝結(jié)器的重量占機(jī)組總重量的30%～40%，動力消耗占總值的20%～30%；在熱電廠中，如果將鍋爐也視作換熱設(shè)備，則換熱器的投資約占整個電廠總投資的70%左右[2]。s flow and heat transfer performance，so as to provide a theoretical basis for the disgn，improvement　and optimization of plainfinned tude heat exchangers．Key words: numerical simulation；plainfin；laminar flow；heat transfer目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒論 1 課題背景及研究意義 1 翅片管強(qiáng)化傳熱的數(shù)值解法 4 平直翅片管換熱器的研究進(jìn)展及成果 7 本文的主要研究內(nèi)容 11第二章 平直翅片管換熱流動模型建立與分析 12 平直翅片管換熱與流動特性物理過程的描述 12 平直翅片管換熱器物理模型的建立 12 平直翅片管數(shù)學(xué)模型描述與簡化假設(shè) 14第三章 基于Fluent平直翅片管數(shù)值模擬及CFD簡介 18 常用數(shù)值計(jì)算方法簡介 18 CFD概述 20 FLUENT軟件概述及GAMBIT簡介 22 平直翅片管基于FLUENT數(shù)值模擬 24第四章 平直翅片管數(shù)值計(jì)算結(jié)果及數(shù)據(jù)分析 27 迭代殘差圖 27 雷諾數(shù)對平直翅片管換熱與壓降特性的影響 27 翅片間距對平直翅片管換熱與壓降特性的影響 32 管排數(shù)對平直翅片管換熱與壓降特性的影響 33 管排橫向間距對平直翅片管換熱與壓降特性的影響 35 管排縱向間距對平直翅片管換熱與壓降特性的影響 38 管排方式對平直翅片管換熱與壓降特性的影響 40結(jié) 論 43參考文獻(xiàn) 44外文原文 47中文翻譯 53第一章 緒論 課題背景及研究意義 強(qiáng)化傳熱技術(shù)概述強(qiáng)化傳熱是上世紀(jì)六十年代開始蓬勃興起的一種改善傳熱性能的先進(jìn)技術(shù)。盡管它在結(jié)構(gòu)的緊湊性、傳熱強(qiáng)度和單位金屬消耗量等方面遜于板式或板翅式換熱器，但平直翅片管換熱器以其能承受高溫高壓、適應(yīng)性強(qiáng)、工作可靠、制造簡單、生產(chǎn)成本低、選材范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，仍在能源、化工、石油等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。第一部分 緒論第二部分 平直翅片管換熱流動模型建立與分析該部分主要分析了平直翅片管通道的流動特點(diǎn)，描述了本文所研究對象的構(gòu)建及計(jì)算區(qū)域的選取，并討論了相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法及模型計(jì)算定解條件的確定。假設(shè)流動介質(zhì)為不可壓縮空氣，物性參數(shù)為常數(shù)，忽略重力影響，流動為三維、穩(wěn)態(tài)的層流且已進(jìn)入周期性充分發(fā)展段。 太　原　理　工　大　學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書第1頁畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：平直翅片管傳熱與阻力特性的數(shù)值研究畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求：(1) 了解強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展、平直翅片管強(qiáng)化傳熱的機(jī)理及此換熱設(shè)備在實(shí)際中的應(yīng)用；(2) 了解翅片管換熱與阻力性能研究進(jìn)程及國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀；(3) 了解用數(shù)值方法研究翅片管換熱問題的優(yōu)越性并掌握數(shù)值解法的基本原理；(4) 初步掌握GAMBIT軟件構(gòu)建三維模型、劃分網(wǎng)格、使用Fluent軟件數(shù)值求解并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理分析的基本方法；(5) 初步培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴刭|(zhì)和獨(dú)立工作的能力。所以，本文僅取一個單元周期區(qū)域研究即可（見圖中虛線所圍部分）。計(jì)算區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖第3頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：通過對富氧燃燒技術(shù)的認(rèn)識，了解該技術(shù)對節(jié)能、減排、降耗的適用性；并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面研究該技術(shù)對電站鍋爐的影響，能夠提出解決一些問題的方案或者建議。第五部分 結(jié)論學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件（論文）：畢業(yè)設(shè)計(jì)一份　　第4頁主要參考文獻(xiàn)（資料）：1. 李祥華，宋光強(qiáng)．幾種新型換熱器的特點(diǎn)及使用狀況對比[J]．化肥工業(yè)．2001，9(1)：7880．2. 劉衛(wèi)華．百葉窗型和波形管片式換熱器性能實(shí)驗(yàn)研究[J]．石油化工高等學(xué)校學(xué)報．1996，9（2）：4953．3. 孟繼安．基于場協(xié)同理論的縱向渦強(qiáng)化換熱技術(shù)及其應(yīng)用[D]．北京：清華大學(xué)航天航空學(xué)院，2003，15．4. 陶文銓．計(jì)算流體力學(xué)與傳熱學(xué)[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社：1991．47．5. 康海軍，李嫵，李慧珍等．平直翅片管換熱器傳熱與阻力特性的實(shí)驗(yàn)研究[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報．1994，28(1)：9198．6. 柳飛，何國庚．多排數(shù)翅片管空冷器風(fēng)阻特性的數(shù)值模擬[J]．制冷與空調(diào)．2004，4(4)：3033．7. 宋富強(qiáng)，屈治國，何雅玲等．低速下空氣橫掠翅片管換熱規(guī)律的數(shù)值模擬[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報．2002，36(9)：899902．8. 徐百平，江楠等．平直翅片管翅式換熱器減阻強(qiáng)化傳熱數(shù)值模擬[J]．石油煉制與化工．2006，9(37)：4549．9. 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temperature and pressure，adptable widely，reliable，simple manufacturing，low costs and wide selection．Thus，studies for the flow and heat transfer of finned tube bundles are of great significance．Aim at the flow characteristics of plainfinned tube，this paper will study the followings：Simplely overview the study progress and present stuation of plainfinned tube，and on th