【正文】 管之間的接觸熱阻，認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熱及其與空氣對流換熱耦合求解得到；② 空氣進口溫度為308 K；③ 由于空氣在換熱器內流速不高及翅片間隙很小，假設流動為穩(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。幾何結構如圖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 計算區(qū)域的選取在實際模擬計算中受到計算機軟硬件的限制和從計算效率方面的考慮，不對完整的換熱器建立計算模型，而對幾何模型進行簡化處理。在翅片管內，管束繞流、管后漩渦是流體擾動的主要特征，在漩渦區(qū)內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，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增加。3. 根據有限容積法的二階迎風格式（Second Order Upwind）對計算區(qū)域進行離散化，對離散后的控制方程設置邊界條件和初始條件，并采用標準的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及國內外在實驗與數值模擬方面發(fā)展狀況的分析，得出平直翅片管式換熱器管排橫縱向間距、翅片間距、管排數和Re數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備的選擇提供參考依據。(8) 2010年，馬挺、曾敏[17]等數值模擬方法對平直翅片管燃氣側在高溫和常溫兩種不同環(huán)境中傳熱與阻力特性進行了對比研究，數值模擬結果表明：燃氣進口溫度對Nu數影響較大，溫差對阻力系數f影響較大，輻射對Nu數影響較大，對阻力系數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行數值計算，～，并由計算結進一步得出不同來流速度時的空氣側對流換熱系數與壓降的變化情況。(3) 宋富強對不同風速下的傳熱機理進行場協同數值研究，得到了不同位置速度矢量與溫度梯度的協同程度，發(fā)現低流速時，全場的溫度梯度與速度協同程度好，因而換熱速率隨流速近線型增加，但管子背風側的換熱強度較差。 平直翅片管數值研究進展及成果(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，對小管徑和小結構尺寸的換熱器進行了研究，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?，科學技術發(fā)展到今天的階段，把實驗測定、理論分析與數值模擬這三種研究手段有機而協調地結合起來，是研究流動與傳熱問題的理想而有效的方法。實驗測量方法是研究流動與傳熱問題的最基本的方法，它所得到的實驗結果是真實可信的，它是理論分析和數值方法的基礎，一方面補充現有的結構模型試驗數據庫，另一方面為工程設計人員提供新的技術支持，同時還可以與數值模擬的結果進行對比來改進試驗設計，因而其重要性不容低估。因為結果的準確度是由數學模型的精度和數值方法共同決定，因此數學模型和計算方法必須都具有良好的完善性，而且對于十分復雜的問題，數值解目前也很難獲得。與實驗的情況不同，在計算中幾乎沒有不能達到的位置。一個設計者能夠在一天之內研究出多種方案，并從中選擇最佳的設計，而相應的實驗研究卻需要很長的時間。在大多數實際應用中，計算機運算的成本要比相應的實驗研究的成本低好幾個數量級。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、化工等工業(yè)領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性能，而且對改進翅片換熱器的設計型式，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、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)領域都得到廣泛的應用[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，從而改變通道內溫度場的分布就是強化空氣側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化措施是使流體產生強烈的徑向混合，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，進而強化層流換熱。無論是在壁面增加粗糙表面還是利用插入物來強化傳熱技術，雖然傳熱效果有了很大的改進，但這些方法有許多缺點，例如換熱管的加工制作工藝過于復雜，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，換熱能力增強的同時，阻力也相對增大許多，從而造成運行成本的提高等。不同的強化傳熱技術可滿足不同的要求，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。換熱設備的合理設計、運轉和改進對節(jié)省資金、能源和金屬是十分重要的，因而強化換熱對國民經濟發(fā)展具有重大意義。據統計，在現代石油化工企業(yè)中，換熱器投資占30%～40%；在制冷機組中，蒸發(fā)器和凝結器的重量占機組總重量的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 翅片管強化傳熱的數值解法 4 平直翅片管換熱器的研究進展及成果 7 本文的主要研究內容 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 平直翅片管數學模型描述與簡化假設 14第三章 基于Fluent平直翅片管數值模擬及CFD簡介 18 常用數值計算方法簡介 18 CFD概述 20 FLUENT軟件概述及GAMBIT簡介 22 平直翅片管基于FLUENT數值模擬 24第四章 平直翅片管數值計算結果及數據分析 27 迭代殘差圖 27 雷諾數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 論 43參考文獻 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 強化傳熱技術概述強化傳熱是上世紀六十年代開始蓬勃興起的一種改善傳熱性能的先進技術。盡管它在結構的緊湊性、傳熱強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、適應性強、工作可靠、制造簡單、生產成本低、選材范圍廣等優(yōu)點，仍在能源、化工、石油等行業(yè)得到廣泛應用。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，描述了本文所研究對象的構建及計算區(qū)域的選取，并討論了相關參數的計算方法及模型計算定解條件的確定。假設流動介質為不可壓縮空氣，物性參數為常數，忽略重力影響，流動為三維、穩(wěn)態(tài)的層流且已進入周期性充分發(fā)展段。 太　原　理　工　大　學畢業(yè)設計（論文）任務書第1頁畢業(yè)設計（論文）題目：平直翅片管傳熱與阻力特性的數值研究畢業(yè)設計（論文）要求及原始數據（資料）：畢業(yè)設計（論文）要求：(1) 了解強化傳熱技術的發(fā)展、平直翅片管強化傳熱的機理及此換熱設備在實際中的應用；(2) 了解翅片管換熱與阻力性能研究進程及國內外研究發(fā)展現狀；(3) 了解用數值方法研究翅片管換熱問題的優(yōu)越性并掌握數值解法的基本原理；(4) 初步掌握GAMBIT軟件構建三維模型、劃分網格、使用Fluent軟件數值求解并對實驗數據后處理分析的基本方法；(5) 初步培養(yǎng)嚴謹的科研素質和獨立工作的能力。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）。計算區(qū)域結構示意圖第3頁 畢業(yè)設計（論文）主要內容：通過對富氧燃燒技術的認識，了解該技術對節(jié)能、減排、降耗的適用性；并從技術、經濟兩方面研究該技術對電站鍋爐的影響，能夠提出解決一些問題的方案或者建議。第五部分 結論學生應交出的設計文件（論文）：畢業(yè)設計一份　　第4頁主要參考文獻（資料）：1. 李祥華，宋光強．幾種新型換熱器的特點及使用狀況對比[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驗研究[J]．石油化工高等學校學報．1996，9（2）：4953．3. 孟繼安．基于場協同理論的縱向渦強化換熱技術及其應用[D]．北京：清華大學航天航空學院，2003，15．4. 陶文銓．計算流體力學與傳熱學[M]．西安：西安交通大學出版社：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驗研究[J]．西安交通大學學報．1994，28(1)：9198．6. 柳飛，何國庚．多排數翅片管空冷器風阻特性的數值模擬[J]．制冷與空調．2004，4(4)：3033．7. 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advantages which contained withstand high 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