文档介绍：华南理工大学
硕士学位论文
管内湍流传热数值模拟与场协同机理研究
姓名:付卉
申请学位级别:硕士
专业:化工过程机械
指导教师:罗小平
20040501
要摘寻求强化传热的方法是从事传热研究人员的重要研究方向之一。在传统的强化传热技术的基础上,我国科学家提出了一种强化传热的新理论:即速度场与热流场的场协同理论。本文主要是从理论分析场协同机理的来源,并采用计算机数值模拟的方法,以管内强制湍流对流换热为研究对象,研究管内湍流传热中速度场与热流场的协同关系。从传热能量方程出发,利用时均值的方法进一步探讨了管内湍流换热中速度场与热流场协同控制的机理,认为流体的对流换热的强度,不仅取决于流速、温度和流体物性,还取决于速度场与热流场的相互配合,从矢量看,这是速度和热流矢量两个场的协同,从标量来看刚有觯核俣染灾怠⑷攘骶灾岛土秸呒薪堑挠嘞抑怠对场协同理论指导下的换热指标与以往的传统强化换热准则进行比较,并针对场协同理论不能反映阻力变化的情况,提出了采用熵产生的观点来弥补场协同理论在这方面的不足,使场协同强化传热理论更具有实际意义。用软件对横纹管湍流对流传热进行数值模拟,研究壁面处速度场与温度场的分布,从数值模拟的观点出发,间接验证了上述场协同机理的正确性。模拟结果表明在速度大小、温度梯度的大小一定的情况下,换热结果取决于速度场与热流场夹角的余弦值,当夹角较小时,协同性能较好,传热效果较高。同样对缩放管进行数值模拟,研究缩放管强化传热的机理,并通过速度场与热流场协同控制的理论,得出增加缩放管收缩段长度,减小扩张段长度有利于提高传热性能的结论。通过将两种不同类型的缩放管的传热性能与光滑管比较,为工业生产中缩放管的选型提出了优化设计思路。关键词:场协同;数值模拟;横纹管;缩放管:摘要
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住∞导’芘日期:心月,妒作者签名:竹卉期:矽伊/月学位论文原创性声明学位论文版权使用授权书华南理工大学期:矽午年‘月不保密鼻本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规保密口,在年解密后适用本授权书。朐谝陨舷嘤Ψ娇蚰诖颉”作者签名:导师签名:
兰妻墨三奎兰三兰堡圭兰竺兰苎————————————————一符号说明总传热系数,。对流传热系数,·目:流体对管壁的传热膜系数,痺D浚导温系数,碜#琲—畊,怠!0减>舙。邙;默№胁阶流体粘度,啦·影#流体的密度,/较蛩俣龋琺/较蚱骄俣龋騃/较蚵龆俣龋琺/比热,/浚质量流量,蝇/较蚱骄俣龋琺/换热面积,。管子外径,管子内径,圆肋高度,管子长度,速度场与热流场之间的夹角;边界层的厚度,田:压力损失,;平均对数温差,℃;摩擦系数;传热斯坦特际努塞尔特际雷诺准数;普兰特准数;5ⅰⅥ
第一章绪论研究背景及意义热量传递是由于物体内部或物体之闯的温度不周丽引起的。热量七十年代的能源危机造成了世界上的一次经济大危机,这使得人们越来越重视能源短缺这一日益严峻的国际问题。如何开发新能源和如何节约现有能源,已引起世界各国有关部门的普遍关注。随着现代工业的飞速发展,能源紧张的状况愈演愈烈。为缓和能源紧张的状况,世界各国都在寻求新的能源以及节约能源的途径,能源的有效利用也成为我国可持续发展的重要国策。对热量传递问题的研究是能源有效利用研究的重要组成部分,因为能源动力、交通运输、航天、航空、材料冶金、机械制造、电气电信、建筑工程、纺织印染、化工制药、生物工程、环境保护和气象预报等部门,都存在大量的热量传递闽题。虽然目前强化传热技术已得到迅速发展,但是由于传热及控制受许多复杂因素的影响,因而还需继续深入研究各种条件下热量传递机理及规律,探索出强化传热的方式方法,这对进一步提高能源利用率、节约能源、提高材料性能的稳定性、提高产品的质量、延长设备的寿命等等,都具有非常重要的意传递有三种基本方式:热传导、对流和辐射”,。热传导是指热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程。对流是指流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程,因而对流只能发生在流体中。辐射则是一种以电磁波传播能量的现象。物