纵排锯齿翅片通道冷凝传热与阻力性能的研究开题报告

 2021-08-08 12:08

全文总字数:3618字

1. 研究目的与意义

板翅式换热器是一种高效、紧凑、轻巧的换热设备,已在石油化工、航空航天、电子、冶金、空气分离、动力工程和机械等领域得到广泛应用。

板翅式换热器的结构形式很多,但单元体基本相同,主要由翅片、隔板、封条和导流片组成,其中翅片的表面特性对板翅式换热器的传热和流动阻力性能起了重要的作用,其表面特性数据也是准确设计板翅式换热器的基础。

常见的翅片表面有平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片、多孔翅片、钉状翅片、百叶窗式翅片、片条翅片等。

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2. 国内外研究现状分析

在传统换热器的研究和设计中,搭建实验台试验是应用最广并已被普遍认可的一种手段.但是,为了降低设计周期和成本,提高研究效率,对换热器进行数值模拟并获得可用于工程设计参考的有效结论,逐渐成为人们关注的一个方向。

以往对锯齿型翅片的数值研究很多是以经验公式为基础开发计算程序,或者针对若干个翅片细化分析绕流流动和换热,与其他类型翅片如百叶窗型翅片、波纹型翅片等相比,目前国内对锯齿翅片性能的研究的趋势是采用试验与数值模拟相结合的方法,探究锯齿翅片的流动与传热特性,利用试验数据来检验数值模拟模型的准确度,不同的结构参数或不同的操作条件,得到的多组数据进行比较,得出不同情况下的锯齿翅片的最佳性能条件,对原本的锯齿翅片结构和操作参数进行调整,优化其性能。

目前用于研究锯齿翅片的主流cfd(computational fluid dynamics)计算流体动力学软件是fluent。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:通过搭建实验台试验、软件数值模拟和理论分析相结合的研究方法,用不同结构参数的纵排锯齿翅片进行水蒸汽冷凝实验,推算冷凝传热系数和摩擦因子,数值模拟水蒸气在不同结构参数的纵排锯齿形流道的冷凝传热性能和不同结构参数的纵排锯齿翅片的阻力性能,计算得到流场内部温度、压力和速度的分布和变化情况,将已存在的拟合曲线与软件数值模拟的结果进行比较分析,总结出纵排锯齿翅片的冷凝传热与阻力性能。

研究计划:第1~2周: 搭建试验台;第3~4周: 在试验台利用不同结构参数和雷诺数的纵排锯齿翅片进行试验,测得蒸汽出口温度等数据,推算出冷凝传热系数和摩擦因子以及其变化规律;第5~6周: 建立数学模型并利用FLUENT软件进行模拟实验,对水蒸气在纵排锯齿翅片通道中的凝结状态进行模拟,计算求解锯齿翅片内部的温度、压力、速度的分布变化情况;第7~13周: 记录整理数据,比较分析已存在的拟合曲线与数值模拟的数据,论证模型的合理性,对纵排锯齿翅片的冷凝传热和阻力性能随结构参数和操作参数的改变而发生的变化进行合理的推测解释,对误差进行分析,得出结论;第14~16周:完成毕业论文,准备答辩。

4. 研究创新点

主要的研究对象为纵排锯齿翅片的冷凝传热性能,利用软件数值模拟水蒸气在纵排锯齿翅片通道内的凝结状态,采用试验、数值模拟和理论分析相结合的方式探究不同结构参数和操作参数的纵排锯齿翅片的冷凝传热与阻力性能。

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