横排锯齿翅片冷凝传热与流动性能数值研究开题报告

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1. 研究目的与意义

冷凝传热是指蒸气与温度低于其饱和温度的壁面接触时，将潜热传给壁面而自身冷凝的一种对流传热过程。冷凝是许多工程系统中的一个重要过程，如热管散热器、核电站非能动安全壳冷却系统(pccs)、海水露点蒸发淡化技术、天然气烟气余热冷凝回收技术及各类能源化工动力系统。水蒸气的冷凝传热过程在化工、制冷、发电、动力、航天热控等领域具有广泛应用背景。水蒸气冷凝传热过程及换热性能的强化对节约能源、原材料以及操作费用具有重要的意义。

水蒸气的冷凝方式根据冷凝液与冷凝表面的润湿程度可分为膜状冷凝和滴状冷凝。实践证明，几乎所有的常用蒸气，包括水蒸气在内，在纯净的条件下均能在常用工程材料的洁净表面上得到膜状冷凝。由于滴状冷凝具有不稳定性难以长久维持，易转化为膜状冷凝，故工程设计中多以膜状冷凝为依据。

提高冷凝传热速率的方法主要有两种，一种是增加冷凝传热面积，但面积的增大有限，否则设备的投资巨大;另一种是提高冷凝传热效率，它可以在不增大冷凝面积的基础上提高冷凝传热速率。实践证明，提高冷凝传热效率的方法是提高冷凝传热的有效途径，是节材节能的最好方法。

2. 国内外研究现状分析

近年来，cfd（computational fluid dynamics，计算流体动力学)尤其是fluent等软件得到快速的发展和广泛的使用。工程设计中，数值模拟可以节省大量的实验所需人力物力成本，并且可以提取许多实验难以测量的参数进行研究，其逐渐成为多个学科进行科学研究的重要手段。在数值模拟两相流或多相流问题时，常

采用vof (volume of fluid)方法，其利用混合流体中各相的体积分数进行多相流模拟，是一种非常有效且实用的数值计算方法，并己经在冷凝、蒸发及沸腾等含相变的多相流问题中得到大量应用。

2002年刘振宇等人采用数值方法研究膜状冷凝传热传质问题，以板式冷凝换热器为应用背景，基于vof方法建立平行平板通道内冷凝传热预测数值模型，膜状冷凝现象模拟通过在vof模型守恒方程中施加源项实现。通过数值分析研究，对影响冷凝传热过程的各项因素进行了讨论分析。分析结果表明，冷凝传热的增强可通过增加表面张力、提高入口蒸汽速度以及降低壁面温度实现。

3. 研究的基本内容与计划

第1~2周：查阅资料，完成开题报告。

第3~4周：完成翻译，并大致了冷凝传热的基本概念与发展，以及横排锯齿的结构特点、流动与传热特性。

第5~6周：学习并熟悉掌握flent软件。

4. 研究创新点

基于Fluent软件，数值模拟水蒸气在横排锯齿管道内的冷凝传热特性；通过对横排锯齿翅片通道进行二维建模，研究通道中水蒸气的速度场、温度场、压力场和相变云图，并分析总结翅片间距以及进口流速对横排锯齿冷凝传热性能与压降的影响。