【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(duì)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(dòng)為穩(wěn)定的層流；④ 由于流動(dòng)過(guò)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(duì)完整的換熱器建立計(jì)算模型，而對(duì)幾何模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。在翅片管內(nèi)，管束繞流、管后漩渦是流體擾動(dòng)的主要特征，在漩渦區(qū)內(nèi)由于流體的緩慢流動(dòng)及主流體無(wú)法有效透過(guò)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(shí)循環(huán)漩渦增加了流動(dòng)阻力，但這種流體擾動(dòng)有時(shí)能夠引發(fā)流動(dòng)不穩(wěn)定，促使流動(dòng)在較低Re的下自身擾動(dòng)增強(qiáng)，從而使換熱性能大大提高，改善換熱性能，但同時(shí)流動(dòng)阻力也會(huì)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(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散化，對(duì)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(lái)求解壓力速度耦合問(wèn)題，對(duì)于翅片表面溫度分布，采用翅片導(dǎo)熱與流體對(duì)流換熱耦合求解。針對(duì)上述課題的意義、翅片管式換熱器的換熱特點(diǎn)及國(guó)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(duì)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(duì)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(duì)比研究，數(shù)值模擬結(jié)果表明：燃?xì)膺M(jìn)口溫度對(duì)Nu數(shù)影響較大，溫差對(duì)阻力系數(shù)f影響較大，輻射對(duì)Nu數(shù)影響較大，對(duì)阻力系數(shù)f影響很小。(5) 2003年，何江海等[15]對(duì)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(lái)流速度時(shí)的空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)與壓降的變化情況。(3) 宋富強(qiáng)對(duì)不同風(fēng)速下的傳熱機(jī)理進(jìn)行場(chǎng)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(shí)，全場(chǎng)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(wèn)題時(shí)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(lái)，Wangel一直致力于翅片管的研究，對(duì)平翅片換熱器也做了大量的研究，同時(shí)針對(duì)翅片換熱器的發(fā)展形式，對(duì)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(jià)值的研究成果。(4) 1991年，Seshimo and ，對(duì)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(cè)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(lái)，是研究流動(dòng)與傳熱問(wèn)題的理想而有效的方法。實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法是研究流動(dòng)與傳熱問(wèn)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(kù)，另一方面為工程設(shè)計(jì)人員提供新的技術(shù)支持，同時(shí)還可以與數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比來(lái)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(duì)于十分復(fù)雜的問(wèn)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(méi)有不能達(dá)到的位置。一個(gè)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(zhǎng)的時(shí)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(gè)數(shù)量級(jí)。上述基本思想可以用圖15來(lái)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(duì)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(duì)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(gè)工業(yè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用[7]。采用附加表面來(lái)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(chǎng)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(lái)的。在層流對(duì)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(duì)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(chǎng)、溫度場(chǎng)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(wú)論是在壁面增加粗糙表面還是利用插入物來(lái)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(guò)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(shí)，阻力也相對(duì)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(dòng)力消耗。換熱設(shè)備的合理設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)和改進(jìn)對(duì)節(jié)省資金、能源和金屬是十分重要的，因而強(qiáng)化換熱對(duì)國(guó)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(dòng)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(gè)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?jī)?nèi)容 11第二章 平直翅片管換熱流動(dòng)模型建立與分析 12 平直翅片管換熱與流動(dòng)特性物理過(guò)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(jiǎn)化假設(shè) 14第三章 基于Fluent平直翅片管數(shù)值模擬及CFD簡(jiǎn)介 18 常用數(shù)值計(jì)算方法簡(jiǎn)介 18 CFD概述 20 FLUENT軟件概述及GAMBIT簡(jiǎn)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(duì)平直翅片管換熱與壓降特性的影響 27 翅片間距對(duì)平直翅片管換熱與壓降特性的影響 32 管排數(shù)對(duì)平直翅片管換熱與壓降特性的影響 33 管排橫向間距對(duì)平直翅片管換熱與壓降特性的影響 35 管排縱向間距對(duì)平直翅片管換熱與壓降特性的影響 38 管排方式對(duì)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(kāi)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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)特點(diǎn)，描述了本文所研究對(duì)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(dòng)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(dòng)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(shū)第1頁(yè)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(guó)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(wèn)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(duì)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(gè)單元周期區(qū)域研究即可（見(jiàn)圖中虛線所圍部分）。計(jì)算區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖第3頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：通過(guò)對(duì)富氧燃燒技術(shù)的認(rèn)識(shí)，了解該技術(shù)對(duì)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(duì)電站鍋爐的影響，能夠提出解決一些問(wèn)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(yè)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(duì)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(bào)．1996，9（2）：4953．3. 孟繼安．基于場(chǎng)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(bào)．1994，28(1)：9198．6. 柳飛，何國(guó)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(guó)，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(bào)．2002，36(9)：899902．8. 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also being widely used in the energy，chemical，oil and other industries for its many 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