【正文】 .................................................................................................. 53 1 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)。 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。 1 （論文）任務(wù) 書 第 1 頁 2 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?素質(zhì)和獨(dú)立工作的能力 。 計(jì)算區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖 第 3 頁 4 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。 關(guān) 鍵字 ： 數(shù)值模擬；平直翅片；層流流動；流動換熱 II Numerical Study on Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Plainfinned Tube ABSTRACT As plainfinned tube is an important ponent for thermal systems and refrigeration and air conditioning equipment， the study for its heat transfer performance is always a hot topics for researchers． Although its pact structure， heat transfer efficiency are lower than plate or platefin heat exchangers， plainfinned tube heat exchangers have 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 the basis of parative analysis the goods and bads of three research methods：experimental， analysis and numerical method． we determine use Gambitsoftware to bilud physical model for different size tube structures， and use to study the flow in the finned tube channel， then calculate the relationship between Re and Nu number，f(resistance cofficient)， and analyze Re， finpitchnumber of tube rows， row spacing of fin tube(horizontal spacing and vertical spacing)， the impact on the plainfinned tube39。采用先進(jìn)技術(shù)，節(jié)能降耗，倡導(dǎo)低碳生活和綠色的生存模式，提高能源有效利用率勢在必行，正是出于這種目的，許多學(xué)者對強(qiáng)化換熱技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，提高換熱器的換熱效率來節(jié) 約能源。具體說來，就是用各種異型管取代原來的光管，現(xiàn)在較常用的有螺旋橫紋（螺紋管）、橫槽紋管、波紋管、內(nèi)翅管及管內(nèi)插入強(qiáng)化物質(zhì)；三是換熱設(shè)備的強(qiáng)化與用能系統(tǒng)的優(yōu)化組合，就是說按照能量的品味逐級利用，使用能的流程處于最合理的搭配，降低能耗實(shí) 現(xiàn)全系統(tǒng)的節(jié)能。所以，此時(shí)采用增強(qiáng)流體擾動，提高換熱系數(shù)的方法對空氣側(cè)換熱效果影響不大，增加換熱量更有效的方法應(yīng)該是擴(kuò)大換熱面積?？梢姽芡獬崞膿Q熱仍然是制約換熱器效能的主要因素，因此，強(qiáng)化空氣側(cè)的換熱成了管翅式換熱器強(qiáng)化傳熱的重要問題。與實(shí)驗(yàn)研究相比，數(shù)值解法具有以下一些優(yōu)點(diǎn) [9]： 圖 15 工程物理問題數(shù)值計(jì)算的一般步驟 6 (1) 經(jīng)濟(jì)性好。對一個(gè)問題進(jìn)行數(shù)值求解可以得到詳盡而完備的數(shù)據(jù)。 理論分析方法的優(yōu)點(diǎn)在于所得結(jié)果具有普遍性，各種影響因素清 晰可見，可以為檢驗(yàn)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度提供擬合參照的依據(jù)，是指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究和驗(yàn)證新的數(shù)值計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)。總的來說有以下的幾種方法：一是減小換熱管的結(jié)構(gòu)尺寸，采用小管徑換熱管代替大管徑換熱管，同時(shí)減小管排橫向間距及縱向間距。并提出了在工業(yè)常用 Re 數(shù)范圍內(nèi)的換熱和阻力性能通用關(guān)聯(lián)式。 10 (2) Ricardo 也對板間的流體行為進(jìn)行了 3D 模擬。根據(jù)得到的換熱器通道內(nèi)的傳熱與阻力特性 ，提出了可以通過控制宏觀流場來減阻強(qiáng)化傳熱的思想。 2. 根據(jù)空調(diào)設(shè)備中常見的整體式平直翅片管尺寸結(jié)構(gòu)選取幾何模型，并使用GAMBIT 軟件對計(jì)算區(qū)域全流場及翅片內(nèi)部導(dǎo)熱區(qū)域進(jìn)行六面體網(wǎng) 格劃分，管子周圍及流體近翅片區(qū)域采用邊界層加密處理。 K)。 表 21 空氣物性參數(shù)（常物性） 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 密度ρ / kg控制方程如下： (1) 連續(xù)性方程，又稱質(zhì)量方程，任何流動問題都必須滿足質(zhì)量守恒定律。 S。 (6) j 換熱因子： 31PrReNuj ? 其中： Pr普朗特?cái)?shù)， ??Cp?Pr 。 (6) 對于翅片間距中剖面采用對稱邊界條件 (Symmetry)。其不足是離散方程的守恒特性難以保證，而最嚴(yán)重的缺點(diǎn)則是對不規(guī)則區(qū)域的適應(yīng)性差。采用不同的權(quán)函數(shù)和插值函數(shù)形式，便構(gòu)成不同的有限元方法。而有限差分法，僅當(dāng)網(wǎng)格極 其細(xì)密時(shí)，離散方程才滿足積分守恒；而有限體積法即使在粗網(wǎng)格情況下，也顯示出準(zhǔn)確的積分守恒。 [18] CFD 概述 計(jì)算流體動力學(xué)簡介 計(jì)算流體動力學(xué)（ Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD）是通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示，對包含有流體 流動和熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。有限體積法只尋求的結(jié)點(diǎn)值，這與有限差分法相類似；但有限體積法在尋求控制體積的積分時(shí)，必須假定值在網(wǎng)格點(diǎn)之間的分布，這又與有限單元法相類似。有限體積法的基本思路易于理解，并能得出直接的物理解釋。 有限容積法從描寫流動與傳熱問題的守恒型控制方程出發(fā)，對它在控制容積上作積分，在積分過程中需要對界面上被求函數(shù)的本身（對流通量）及其一階導(dǎo)數(shù)的（擴(kuò)散通量）構(gòu)成方式作出假設(shè)，這就形成了不同的格式。其基本思想是將求解區(qū)域用網(wǎng)格線的交點(diǎn)所組成的點(diǎn)的集合來代替，以 Taylor 級數(shù)展開等方法，把描寫所研究的流動與傳熱問題的偏微分方程中的每一個(gè)導(dǎo)數(shù)項(xiàng)用網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的函數(shù)值的差商代替進(jìn)行離散，從而建立以網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的值為未知數(shù)的代數(shù)方程組，其中包含了本節(jié)點(diǎn)及其附近一些節(jié)點(diǎn)上所求量的未知值。 (4) 對于翅片表面，翅片溫度需要在計(jì)算中確定，因而是一個(gè)耦合求解換熱問題。 (4) 范寧阻力系數(shù)： Lu DePf 2max*2??? 其中：△ P流體進(jìn)出口壓降， Pa； τ w壁面剪應(yīng)力， N/m2； L翅片縱向長度， S1。表示如下： (3) 能量方程，是包含有熱交換的流動系統(tǒng)必須滿足的基本定律。 K) 1 導(dǎo)熱系數(shù)λ / W這樣可以對網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，同時(shí)節(jié)約了計(jì)算機(jī)資源，提高了數(shù)值模擬效率，能在相對較短的時(shí)間內(nèi)得到穩(wěn)定工況的數(shù)值解。 5. 對計(jì)算結(jié)果利用 EXCEL、 TECPLOT 軟件進(jìn)行后處理，并對數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論，為工業(yè)應(yīng)用上平直翅片管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)、優(yōu)化分析提供理論依據(jù)。 11 本文的主要研究內(nèi)容 綜上所述，影響翅片的換熱及阻力特性因素眾多，翅片管式換熱器在制