【正文】 雖然一個附著在管壁上的簡單堅實的平直翅片能強化傳熱，但一個附著在同樣管壁上的多孔隙的平翅片會造成更小的流動阻力同時也產(chǎn)生更好的性能。因而，改善增強空氣側的傳熱成為高效率換熱系統(tǒng)日益增長的需求的迫切要求。在此，謹向陰繼翔老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！感謝電氣與動力工程學院全體老師對本人的教導、幫助和關心！感謝熱能0703班的全體同學對本人的幫助！最后向所有給予我?guī)椭耐瑢W、老師致以誠摯的謝意和深深的祝福！英文資料中文翻譯強化傳熱面的發(fā)展摘要如今，在高性能熱力系統(tǒng)的發(fā)展中，強化傳熱成為熱門的領域。 順排、叉排方式壓降特性的差異分析圖447 不同管排方式速度與壓降圖由上圖速度壓降關系圖可知，相同幾何參數(shù)及來流速度情況下，叉排管壓降明顯大于順排，表明叉排阻力要大，這與叉排管內流體的擾動強于順排，順排管內的速度、壓力分布更均勻的實驗情況是相符的。明顯看出，隨著間距增大，兩排管中間區(qū)域流道變寬，速度、壓力變化較為平緩，分布更加均勻，利于流體流動。這主要由于間距越小，流動通道變小，流體受壁面粘性力越大，因而阻力增加。 雷諾數(shù)Re與Nu關系圖48 Re數(shù)與Nu 數(shù)關系圖由上圖48示ReNu關系看出，隨流速的增大，Nu與Re呈線性關系增加，換熱增強。對于收斂準則設定，方程組殘差收斂控制條件為：動量方程為110連續(xù)性方程為110能量方程為1107,并檢驗流體進出換熱單元的總體質量平衡達1010量級。 FLUENT程序結構FLUENT程序軟件包由以下幾個部分組成:(1) GAMBIT用于建立幾何結構和網(wǎng)格的生成；(2) FLUENT用于進行流動模擬的求解器；(3) prePoF由于模擬PDF燃燒過程；(4) Tgrid用于從現(xiàn)有的邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格；(5) Filters(Translators) 轉換其它程序生成的網(wǎng)格，用于FLUENT計算。計算結果一般通過圖表等方式顯示，這對檢查和判斷分析質量和結果有重要參考意義。在有限體積法中，插值函數(shù)只用于計算控制體積的積分，得出離散方程之后，便可忘掉插值函數(shù)；如果需要的話，可以對微分方程中不同的項采取不同的插值函數(shù)。由于擴散項多是采用相當于二階精度的線性插值，因而格式的區(qū)別主要表現(xiàn)在對流項上。在計算中，翅片和流體分別采用各自的導熱系數(shù)。該定律可表述為：微元體中能量的增加率等于進入微元體的凈熱流量加上體力與面力對微元體所做的功。（如圖23）圖23 計算區(qū)域選取示意圖另外，為了保證流體進口處于充分發(fā)展流動狀態(tài)，同時避免出流邊界回流對計算結果的影響，將計算區(qū)域進口延長1～2倍，出口延長5～6倍，保證出口邊界沒有回流。作為其中的關鍵部件，換熱器的性能與效率對于整個系統(tǒng)的影響就顯得尤為重要。(9) Sparrowe也對單排及雙排平直管換熱器進行了研究，指出邊界層的發(fā)展是單排管換熱特性的最重要因素，渦流的影響只有在高雷諾數(shù)的情況下才獲得[11]。它可以通過比較各種型號的換熱器的換熱和流動阻力優(yōu)劣情況，初步給出換熱器試驗設計參數(shù)選擇的建議，并能用于研究換熱器的換熱流動性能，對換熱器的開發(fā)和設計有指導作用。用計算機進行計算和研究能以及其驚人的速度進行。雖然翅片類型已由平直翅片向波紋片、百葉窗、沖縫片和穿孔翅片等多種高效形式演變，平直翅片的強化傳熱效果不如錯齒翅片和百葉窗翅片，但由于平翅片換熱器在結構和制造上的簡單方便、 運用上的耐久性及其較好的適用性，到目前為止，平翅片換熱器仍是最為常用的一種翅片管式換熱器之一。方法(5)追求的目的是能夠在換熱系數(shù)和流動阻力這兩者之間做一個較好的權衡，起到減阻強化傳熱的效果[3]。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. 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要平直翅片管式換熱器作為熱力系統(tǒng)和制冷空調裝備中的一個重要部件，對其換熱性能的研究一直是科研人員熱衷的課題。假設流動介質為不可壓縮空氣，物性參數(shù)為常數(shù)，忽略重力影響，流動為三維、穩(wěn)態(tài)的層流且已進入周期性充分發(fā)展段。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)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]。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(chǎn)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。上述基本思想可以用圖15來表示。因為結果的準確度是由數(shù)學模型的精度和數(shù)值方法共同決定，因此數(shù)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(shù)值解目前也很難獲得。(4) 1991年，Seshimo and ，對21種平翅片形換熱器進行了研究。(5) 2003年，何江海等[15]對整體式平直翅片管換熱器進行數(shù)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(shù)與壓降的變化情況。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。K) 1進口流速u / m(g該方法是一種直接將微分問題變?yōu)榇鷶?shù)問題的近似數(shù)值解法，數(shù)學概念直觀，表達簡單，是發(fā)展較早且比較成熟的數(shù)值方法。有限體積法得出的離散方程，要求因變量的積分守恒對任意一組控制體積都得到滿足，對整個計算區(qū)域，自然也得到滿足。具體說就是要建立反映問題各個量之間關系的微分方程及相應的定解條件，這是數(shù)值模擬的出發(fā)點。圖31 CFD軟件的一般組成結構 FLUENT軟件概述及GAMBIT簡介，繼PHOENICS軟件之后第二個投放市場的基于有限容積法的軟件。(2) 對于管子周圍及近翅片等流動參數(shù)變化梯度較大的區(qū)域采用邊界層加密。由圖443看出，當雷諾數(shù)Re較小時，流體緩慢的繞過管子不會發(fā)生脫體，而隨著雷諾數(shù)增大到一定值，近壁處的流體受壁面影響由于動量不大，由于邊界層厚度的增加，速度降為零發(fā)生回流，形成繞流脫體現(xiàn)象，并在管后形成滯止漩渦。計算表明：翅片間距對換熱性能的影響與雷諾數(shù)有關，當空氣進口速度u（對應Re數(shù)在1550～1800范圍）時，隨翅片間距的增加，換熱能力是逐漸降低的；當u（Re1550～1800范圍）時，隨翅片間距的增加，換熱逐漸增強。 管排數(shù)對換熱特性的影響圖420 不同管排流道內uh關系圖由上圖得，在雷諾數(shù)Re=750～1700的研究范圍內，單排管的換熱性能明顯好于雙排管。 縱向間距對阻力性能的影響圖437 不同縱向間距速度與壓降關系圖由圖437可明顯看出趨勢，縱向間距越大，壓降越小，流動阻力越小，且當流速較小時，縱向間距對阻力特性影響較小，隨著流速增加，不同縱向間距翅片管壓降差別也愈明顯。(4) 對于管排數(shù)的影響，單排管換熱性能優(yōu)于雙排管束，且管排越多，壓降越大。這里強化傳熱面的測評顯示傳熱性能提升了超過40%，同時還產(chǎn)生了一個更加均勻的流量分布。Li和Chen（2007年）利用紅外熱成像法對平直翅片面在受限的沖擊射流條件下的性能進行了研究。從結果中得出，一個經(jīng)過傳熱強化的面可以設計出來并可以適用于更寬泛的Re數(shù)范圍。Yu等人（2005年）進行了實驗研究和數(shù)值模擬研究來比較平直翅片表面的熱力性能。流體速度和溫度的瞬態(tài)測量已經(jīng)可以實現(xiàn)。(3) 對于翅片間距的影響，當空氣進口速度u（Re數(shù)1550～1800范圍）時，隨翅片間距的增加，換熱能力h是逐漸降低的；當u（Re數(shù)1550～1800范圍）時，隨翅片間距的增加，換熱逐漸增強。 縱向間距對換熱性能的影響圖436 不同縱向間距uh關系圖由圖看出，在流速較小時（約為u），隨著管排縱向間距的增大，換熱性能變強，隨著流速的增加，管排縱向間距越大，換熱性能變差。由圖415和圖418得，管子前緣壓力梯度較大，后緣區(qū)壓力變化都較平緩，主要由于：一方面流速降低會使靜壓增大，而另一方面由于壁面剪切力會使壓力降低。 m/s、 m/s、 m/s、 m/s。在管道附近，受壁面影響，速度梯度最大。因為網(wǎng)格的正交性越好，計算越準確，越易收斂，而結構化網(wǎng)格可以很容易地實現(xiàn)區(qū)域的邊界擬合，網(wǎng)格生成的速度較快，質量較好，同時對于體劃分六面體結構簡單，計算容易收斂。CFD軟件的一般結構由前處理、求解器、后處理三部分組成（如圖31）。通過這種數(shù)值模擬，我們可以得到極其復雜問題的流場內各個位置上的基本物理量（如速度、壓力、溫度、濃度等）的分布，以及這些物理量隨時間的變化情況，確定漩渦分布特性、空化特性及脫流區(qū)等。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。其基本思想是將求解區(qū)域用網(wǎng)格線的交點所組成的點的集合來代替，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導數(shù)項用網(wǎng)格節(jié)點上的函數(shù)值的差商代替進行離散，從而建立以網(wǎng)格節(jié)點上的值為未知數(shù)的代數(shù)方程組，其中包含了本節(jié)點及其附近一些節(jié)點上所求量的未知值。(4) 范寧阻力系數(shù)： 其中：△P流體進出口壓降，Pa；τw壁面剪應力，N/m2；L翅片縱向長度，S1。K) 1導熱系數(shù)λ/ W5. 對計算結果利用EXCEL、TECPLOT軟件進行后處理，并對數(shù)據(jù)分析，得出結論，為工業(yè)應用上平直翅片管結構的設計和改進、優(yōu)化分析提供理論依據(jù)。多排管束縱、橫向間距對傳熱的影響數(shù)值模擬結果發(fā)現(xiàn)，傳熱隨著兩種間距的增大而減小，進一步場協(xié)同原理總體平均分析表明，橫向管距越小，縱向管距越大，熱、流場總體協(xié)同性越好。(2) 1978年，McQuiston發(fā)表了第一個基于五種結構參數(shù)（、管排間距為22mm、管排數(shù)為4）的平翅片換熱及壓降通用關聯(lián)式[11]。人們有時為了研究一種基本的物理現(xiàn)象，希望實現(xiàn)若干理想化的條件，例如：常物性、絕熱條件、流動充分發(fā)展等等，在數(shù)值計算中很容易實現(xiàn)這樣的一些條件和要求，而在實驗中卻很難近似到這種理想化的條件。數(shù)值傳熱學（Numerical Heat Transfer，NHT）又稱計算傳熱學（Computational Heat Transfer，CHT）是指對描寫流動與傳熱問題的控制方程采用數(shù)值方法通過計算機予以求解的一門傳熱學與數(shù)值方法相結合的交叉學科。 翅片管換熱器強化傳熱技術在強化傳熱方法研究中，換熱器氣體側的傳熱熱阻是提高換熱器傳熱效果的主要障礙。正因為如此傳熱強化在工業(yè)生產(chǎn)中有著十分廣泛的應用，無論在動力、冶金、石油、化工、材料制冷等工程領域，還是航空航天、電子、核能等高技術領域，都不可避免的涉及熱量的傳遞及其強化問題。通常管子以叉排和順排兩種方式排列，且流動換熱在不同結構通道內各不相同，其流場與溫度場可用周期性的流動與換熱模型進行模擬，具體問題如下：流體橫掠平直翅片管管束，管內外流體形成交叉流動，由于管束通道結構的對稱性，計算區(qū)域的物理模型取整個寬度的一半、間距的一半來進行，橫向尺寸由管間中分面和管子中心縱剖面界定，高度由翅片厚度中分面及翅片間距中分面來界定。因而，對其翅片管束通道內的流動與傳熱問題的研究具有十分重要的意義。這幾個目的不可能同時滿足，因為它們是相互制約的，在選擇某一種強化技術前，必須先根據(jù)其具體任務，對設備體積、重量、投資及操作費用進行綜合平衡[4]。采用平直翅片加強傳熱的機理是傳熱面積的增大和水力直徑的減小，使流體在通道中形成強烈的紊動，