典型截面通道内涡扰流器的强化传热特性研究

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随着能源短缺问题的日益突出，如何提高能源利用率成为人们关注的热点问题，强化换热技术因为能够显著提高换热效果，达到节能、减排的效果，受到学者们的广泛关注，节能、高效的换热设备成为学者们研究的主要方向。国内外的学者不断的探索强化换热的方法，其中，纵向涡发生器是一种有效的强化换热方法。同时，由于脉动流能够对管道内流体产生周期性的扰动，使得壁面边界层不断被破坏，增强流体与壁面的传热，可起到强化传热的效果而颇受研究人员的青睐。
　　本文使用数值仿真软件CFD研究了层流状态下三角形通道内纵向涡发生器在脉动流同时作用下的传热特性；同时，提出了新型组合翼纵向涡发生器，研究了矩形通道内组合翼恒定流的传热特性；最后搭建了实验平台，实验研究了组合翼的传热特性，并与数值模拟仿真结果进行了对比，验证了数值仿真的正确性。本文的主要工作及成果为：
　　1、研究了雷诺数Re为500~1500时，三角形管道内加入对称三角翼扰流元件在脉动流的作用下的层流对流换热特性。结果表明当雷诺数是1500和振幅为0.75时，脉动流作用下存在强化与弱化换热的临界频率，临界频率为1Hz，当临界频率大于1Hz，脉动流强化换热，反之则会弱化换热。当频率为20Hz时，换热最大增强了4％，当频率为0.001Hz时，换热最大弱化了5%。利用场协同原理研究了8种Case下脉动流的传热机理，结果表明距离三角翼片越近，场协同角越小，脉动流的换热效果越好，Case2的场协同角最好。
　　2、数值模拟研究了Re=500~1500，矩形通道内组合翼纵向涡发生器在两种布置方式下的流动及传热特性。讨论了组合翼纵向涡发生器的间距以及组合翼的旋转角度对换热的影响。结果表明：在矩形通道内添加组合翼纵向涡发生器后换热效果得到显著提高，其中Nu最大提高了45%。增大组合翼之间的间距，Case1组合翼的Nu逐渐减小，Case2组合翼的Nu逐渐增大，Case1和Case2组合翼的摩擦因子?均先增大后减小。Case1组合翼的Nu总是大于Case2组合翼的Nu。Case1和Case2组合翼的Nu和?都是随着组合翼旋转角度的增大先增大后减小。Case1组合翼在0°时换热最好，在60°时换热最差；Case2组合翼在15°时换热最差，在60°是换热最好。对于Case1的组合翼，当组合翼间距为0mm，旋转角度为0°，换热效果最好；对于Case2的组合翼，当组合翼间距为2mm，旋转角度为60°，换热效果最优。
　　3、对于新型组合翼纵向涡发生器，搭建实验平台进行了实验验证分析，并进行了不确定性分析，结果表明：Nu的不确定性分析结果为7.5%，将实验数据与仿真结果进行了对比，实验结果和仿真结果的最大误差为16%，因此实验结果和数值仿真结果基本吻合。

著录项

作者
孙恒;
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作者单位

西安电子科技大学;

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授予单位西安电子科技大学;
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名刘焕玲,韩静;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 V231.12;
关键词
组合翼; 涡发生器; 截面通道; 强化传热; 层流状态;

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