【正文】 ，矩形直管等等，圓截面直管的應用居多。它的主要應用就是在制造反應釜或容器的夾套上。螺旋管也會改進管外流型,即殼層流動的流型。當反應釜直徑較大或采用壓力較高的傳熱介質時，采用半圓管夾套代替 U 型夾套結構不但能提高反應釜內筒抗外壓的強度和剛度，而且能提高傳熱介質的流量，增大傳熱系數(shù)，同時由于傳熱翅片效應，使相鄰半圓管的間隙部分仍然能起到傳熱作用。 圖 全流通半圓管夾套反應器（或稱反應釜）是化工生產(chǎn)中常用的典型設備。螺旋半圓管夾套式反應器的特點。由于當反應釜直徑較大或采用壓力較高的傳熱介質時等因素的影響，為了保證較好的換熱條件，從而獲得更大的換熱系數(shù)來提高傳熱效率，半圓形螺旋管作為在工業(yè)生產(chǎn)中的換熱環(huán)節(jié)將具有更為廣泛的應用。三維設計軟件的誕生是在計算機不斷發(fā)展的基礎之上并且在設計行業(yè)不斷深入的前提之下為了滿足高效、高速的設計要求而應運而生的，它的產(chǎn)生是社會發(fā)展的必然，這種必然在各個領域都得到了認證。⑸SolidWorks 無縫集成插件之 SolidWorks Simulation 有限元分析軟件：Simulation 是一種有限元分析技術（即 FEA 數(shù)值技術）的設計分析軟件，是 SRAC公司工程分析軟件之一。SolidWorks Routing 是 SolidWorks 專門用于管道系統(tǒng)和電纜設計的一個插件完全與 SolidWorks 無縫集成。在自頂向下的設計環(huán)境中，用戶可以參考裝配體中零件的相互建立零件或特征，因此零件位置或輪廓與參考對象具有參考關系。⑵ 網(wǎng)格的自適應技術FLUENT 采用網(wǎng)格自適應技術，可根據(jù)計算中得到的流場結果反過來調整和優(yōu)化網(wǎng)格，從而使得計算結果更加準確。GAMBIT 具有靈活方便的幾何修正功能，當從接口中導入幾何時會自動的合并重合的點、線、面；GAMBIT 在保證原始幾何精度的基礎上通過虛擬幾何自動的縫合小縫隙，這樣既可以保證幾何精度，又可以滿足網(wǎng)格劃分的需要。這里顯示出的是透平機械的網(wǎng)格圖，沒有對顯示區(qū)進行拆分。這 4 個命令組分別有一個按鈕與之結應，使用 GAMBIT 的大部分命令都通過這 4 個按鈕發(fā)出。單擊二級命令組中的按鈕，會出現(xiàn)三級命令組?？刂茀^(qū)中第一行上的五個小圖標按鈕用于控制顯示區(qū)的四個小區(qū)。五個按鈕的功能分別為：為模型顯示確定方位、指定模型是否可見等屬性、指定模型顯示的外觀、指定顏色模式及放大局部網(wǎng)格模型。除了 GAMBIT 外，可以生成 FLUENT 網(wǎng)格的網(wǎng)格軟件還有 ICEMCFD、GridGen 等等。但此方法操作起來復雜，且很容易出錯。對于給定精度，解適應細化方法使網(wǎng)格細化方法變得很簡單，并且減少了計算量。 程序結構FLUENT 軟件包中包括以下幾個軟件： （1）FLUENT 求解器——FLUENT 軟件的核心，所有計算在此完成。（一致網(wǎng)格和懸掛節(jié)點網(wǎng)格都可以）? 不可壓或可壓流動? 定常狀態(tài)或者過渡分析 ? 無粘，層流和湍流 ? 牛頓流或者非牛頓流? 對流熱傳導，包括自然對流和強迫對流 ? 耦合熱傳導和對流 ? 輻射熱傳導模型 ? 慣性（靜止）坐標系非慣性（旋轉）坐標系模型? 多重運動參考框架，包括滑動網(wǎng)格界面和 rotor/stator interaction modeling 的混合界面? 化學組分混合和反應，包括燃燒子模型和表面沉積反應模型? 熱，質量，動量，湍流和化學組分的控制體源? 粒子，液滴和氣泡的離散相的拉格朗日軌跡的計算，包括了和連續(xù)相的耦合? 多孔流動? 一維風扇/熱交換模型? 兩相流，包括氣穴現(xiàn)象 總而言之，對于模擬復雜流場結構的不可壓縮/可壓縮流動來說，F(xiàn)LUENT 是很理想的軟件。由于其減少了研究者在計算方法，編程，前后處理等方面投入的重復，低效的勞動，將更多的時間投入到考慮問題的問題本質，優(yōu)化算法等方面，因而提高了工作效率，這樣必然會獲得越來越多的應用，應用效果也必將越來越好。1 選擇上視基準面作為草圖面，繪制半徑 Rc=200mm 的圓，此尺寸是螺旋管的旋轉直徑。通常網(wǎng)格劃分的的好壞影響整個過程計算的精度。我們選擇進行面網(wǎng)格劃分。在本設計的網(wǎng)格劃分過程耗時大約一周，三角形，四邊形，三角/四邊形 3 種類型網(wǎng)格均劃過，經(jīng)過反復斟酌比較，得出如下結論：①三角形網(wǎng)格來劃分半圓形截面，面網(wǎng)格整體布置比較規(guī)整，但網(wǎng)格數(shù)量過多，節(jié)點數(shù)過大，導致運算量過大，計算機運行困難②用四邊形網(wǎng)格來劃分，網(wǎng)格數(shù)量大小適中，但部分區(qū)域網(wǎng)格劃分不均勻，導致代入 fluent 進行運算后，截面速度等值線等模擬與真實值誤差較大，精度不高。優(yōu)化此面的網(wǎng)格。但運行時間比較長。⑵讀入 mesh 網(wǎng)格文件在 GAMBIT、Tgrid 和 GeoMesh 等專用前處理軟件內部，直接有生成 FLUENT 網(wǎng)格的選項。為此，選擇 Grid/Scale 命令，在彈出的 Scale Grid 對話框中，在 Grid Was Created In 下拉菜單中，選取 mm，然后單擊 Scale 按鈕。⑼求解對流場進行初始化，并設定殘差監(jiān)視器。選擇 Solve/Iterate 命令，彈出 Iterate 對話框，設置迭代次數(shù)為 1000，其余用默認值。 速度分析在速度曲線收斂的情況下，首先對半圓截面螺旋管道速度場進行分析。 流體在X軸方向截面速度分布圖 流體在Y軸方向截面速度分布圖 流體在Z軸方向截面速度分布圖上面3個分布圖是流體在半圓形截面管中流動時分別在X、Y、Z三軸向方向上的速度分布情況。 圖 速度為 圖 速度為 由截線段上的 Z 軸軸向速度分布圖可以看出：當速度很小時，最大速度的位置幾乎在中間，速度分布均勻的向兩邊遞減。⑴網(wǎng)格的疏密程度對計算結果的影響不可忽視。當速度增加時，壓降也相應的增加，這是由于流體在流動的過程中產(chǎn)生的損失造成的。隨著速度的逐漸增加，最大壓力的位置也逐漸向螺旋管外側偏移，這是由于離心力的作用使螺旋管外側的速度梯度增大而造成的。因此網(wǎng)格間距的選取要適中。 壓力分析 壓力對流場的影響 由截線段上的全壓分布圖可以看出：螺旋管外側的壓力比內側的壓力大。在Y、Z軸方向速度分布比較明顯，在靠近半圓側速度梯度較大，在半圓管中心靠近半圓處速度最大，貼近壁面處速度為0。這是由于它還受到一個離心力的作用，方向指向螺旋管對稱軸心。觀察殘差曲線。在 Options 選項組中，選中 Plot 復選框，單擊 OK按鈕，其余用默認值。⑹設置運行環(huán)境選擇 Define/Operating Conditions 命令，彈出 Operating Conditions 對話框，保持 FLUENT 默認的參考壓力值（一個標準大氣壓）⑺ 定義材料本文中流動介質為水，F(xiàn)LUENT 材料數(shù)據(jù)庫中包含 waterliquid 這一介質，因此，直接復制即可。在 FLUENT 中，選擇 File/Read/Case 命令，文件。網(wǎng)格劃分時間運行大約 小時。因此，若我們先把單個面網(wǎng)格劃分好，那么接下來的體網(wǎng)格計算就會容易的多。本設計選用此類型網(wǎng)格。其余設置默認即可。本設計劃分網(wǎng)格過程耗時 小時，采用 tri/quad（三角/四邊形）形狀。3 點擊 3D 草圖，選擇剛生成的螺旋線，點擊實體轉換引用 ，在設計樹中隱藏初始生成的的螺旋線。(2) 忽略螺旋管道壁厚。 Fluent 程序的使用1 計劃你的 CFD 分析當你決定使 FLUENT 解決某一問題時，首先要考慮如下幾點問題：定義模型目標：從 CFD 模型中需要得到什么樣的結果？從模型中需要得到什么樣的精度；選擇計算模型：你將如何隔絕所需要模擬的物理系統(tǒng)，計算區(qū)域的起點和終點是什么？在模型的邊界處使用什么樣的邊界條件？二維問題還是三維問題？什么樣的網(wǎng)格拓撲結構適合解決問題？物理模型的選取：無粘，層流還湍流？定常還是非定常？可壓流還是不可壓流？是否需要應用其它的物理模型？確定解的程序：問題可否簡化？是否使用缺省的解的格式與參數(shù)值？采用哪種解格式可以加速收斂？使用多重網(wǎng)格計算機的內存是否夠用？得到收斂解需要多久的時間？在使用 CFD 分析之前詳細考慮這些問題，對你的模擬來說是很有意義的。 （3）GAMBIT——FLUENT 提供的網(wǎng)格生成軟件。FLUENT 是用 C 語言寫的，因此具有很大的靈活性與能力。 FLUENT 軟件介 紹 概述FLUENT 是用于模擬具有復雜外形的流體流動以及熱傳導的計算機程序。 網(wǎng)格質量 網(wǎng)格的質量對于數(shù)值計算的正確域穩(wěn)定起著非常重要的作用。在使用商用 CFD 軟件的工作中，大約有 80%的時間是花費在網(wǎng)格劃分上的，可以說網(wǎng)格劃分能力的高低是決定工作效率的主要因素之一。若圖標按鈕中的深色部分為紅色，則表明顯示區(qū)的左上區(qū)是活動的，可以進行操作，例如改變顯示角度等；如果是灰色的，那么左上區(qū)不能進行操作。4. 操作提示區(qū)操作提示區(qū)位于顯示區(qū)下方，由兩個小窗口構成，標題分別為 Transcript 和Description。 Geometry 命令組提供了建立點、線、面及組的多種方法，以及相關的顏色控制、信息統(tǒng)計和數(shù)據(jù)刪除等功能；其中，F(xiàn)ILE 菜單提供的操作包括打開文件、保存文件、從文件中導入模型、導出當前模型、退出等。GAMBIT 中專有的網(wǎng)格劃分算法可以保證在較為復雜的幾何區(qū)域可以直接劃分出高質量的六面體網(wǎng)格。尤其對于有波系干擾、分離等復雜物理現(xiàn)象的流動問題，采用自適應技術能夠有效地捕捉到流場中的細微的物理現(xiàn)象，大大提高計算精度。這種設計方法適合從無到有的純概念到實體的設計，也適用于根據(jù)已知部分零件來設計其他部分零部件的設計問題，在整體設計思路上更簡單，視覺更清晰，設計更靈活，是一種全新的設計理念的應用，可以大大的提高設計數(shù)度和效率。SolidWorks Routing 的功能：直觀地創(chuàng)建和修改線路系統(tǒng)。Simulation 有不同的軟件包和應用程序，以適合不同用戶的需求。SolidWorks 一貫倡導三維機械設計軟件的“功能強大” 、 “易用性”和“高效性” ，從 1995 年SolidWorks 公司發(fā)布第一個 SolidWorks 商品化版本開始，SolidWorks 得到了迅速的推廣和應用?？偨Y出結論，從而指導生產(chǎn)實踐。為某工程設計的水解反應器和熱油反應器就采用了此結構，現(xiàn)結合設計與應用問題分述其特點。隨著化學工業(yè)的發(fā)展，單套生產(chǎn)裝置的產(chǎn)量越來越大，促使了反應設備的大型化。傳熱能力是影響 PVC 產(chǎn)品質量和產(chǎn)量的另一關鍵指標，在 PVC 生產(chǎn)過程中，對釜內介質的溫度及溫差的控制是非常嚴格的．所以傳熱是 PVC 生產(chǎn)企業(yè)最關心的問題。螺旋管的通用優(yōu)越性就在于此。傳熱系數(shù)比直管高,在相同空間里可得到更大的傳熱面積，布置更長的管道，減少了焊縫，提高了安全性。而在工業(yè)生產(chǎn)等領域，考慮到強化換熱，冷卻等因素的影響，螺旋管道的應用越發(fā)廣泛。當速度較大時二次流向外部偏離且不明顯。本文采用數(shù)值模擬的方法對半圓形截面管進行分析，在應用 fluent 軟件和計算流體力學（CFD ）相關知識的基礎上，對半圓截面螺旋管道內流體層流流動狀態(tài)下的流場進行數(shù)值模擬，分析半圓截面螺旋管內流場及影響因素，包括軸向速度的分布、壓降、雷諾數(shù)以及二次流對流場的影響。當流體在螺旋管中流動時會使流體產(chǎn)生一個抵抗管壁而指向螺旋管內側的力，這種力叫離心力。五月主要分析計算結果。盡管螺旋管的流體阻力增大，壓降增大，但是其傳熱效率的提高導致能量的節(jié)約要高于因阻力增大而消耗的能量。2．課題的基本內容查閱中外文期刊資料，整理文獻。4．預期達到的目標 通過完成本次畢業(yè)設計培養(yǎng)自己獨立查閱資料、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題以及對所學專業(yè)知識運用的能力； 使自己學會利用 SolidWorks 軟件建立三維模型，用 Gambit 軟件劃分網(wǎng)格，用 FLUENT 軟件進行計算分析； 翻譯英文文獻一篇，寫出畢業(yè)論文。因而螺旋管這種性能固然會得到廣泛應用。通過數(shù)值模擬得出了結論，入口雷諾數(shù)對半圓形截面管的整個流場影響較大，管道內流體壓降與流體流速大小成正比。關鍵詞: 半圓形截面螺旋管； 數(shù)值模擬； 層流； 三維AbstractTube, as we all know, is a tool for heat and mass transfer. From the pipes used in daily life to have strict conditions of use of industrial pipes and so on, it has a wide range of uses. We encounter the most usual is the ordinary circular section tube, and its simple structure, excellent performance characteristics, make it have a broad applicability. However, taking into account the heat transfer in a number of structural and so on, spiral pipes have many of the applications. When the fluid flows in helical coiled tube there will produce a resistance point to the wall and the inner spiral pi