湍流条件下圆弧形波波纹管内流动与传热特性数值模拟开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.研究背景

近几年来，随着我国经济的快速发展，能源紧张的问题越来越严重，以能源为中心的社会、经济、环境等问题日益突出，如何擦去更有效的节能措施和设计更先进的换热设备成为两项难题。换热器在国民生产的各个领域对产品的质量和生产的效率都起着非常重要的作用，不同类型的换热器的传热效果和流动特性也有所不同，所以对于换热器的研究很是重要。目前来说，波纹管换热器作为一种新型高效的管壳式换热器已经越来越受到关注^[1]。它与传统的管壳式换热器结构基本类似，区别仅在于用横截面周期性变化的波纹管代替了传统的直管作为换热管。波纹管作为一种高效能的传热元件^[2]，其换热能力强、动态性能好、体积小重量轻、安全可靠等优点，这种换热器因具有传热效率高、不易结垢、热补偿能力强等优点得到广泛的应用^[3]。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题为综合分析类课题。在一定范围内,通过数值模拟的方法,计算湍流条件下圆弧形波波纹管内在不同波纹结构条件、不同雷诺数条件下流动与传热特性,得出相关参数如换热系数、努塞尔数,进出口压差、摩擦系数等,并得到有一定普遍意义的计算公式。

波纹管是通过圆管管壁的凸起与凹陷以增加近壁面流体的扰动减薄边界层厚度以强化传热,代价即为增加流动阻力。波纹管是工业领域常用的强化换热方式,以往的研究多采用实验方法,耗时耗力,同时无法针对管内换热强化过程做深层次的分析。数值模拟的方法目前对单相流动和传热过程相对比较成熟,其计算精度可以满足工程要求。通过模拟的方法得到具有工程意义的参数,可以培养学生的工程概念,了解针波纹管流动与换热特性。

作者需要针对特定结构参数下的单根波纹管,应用gambit软件进行建模和初步定义边界条件,利用fluent针对管内温度场、速度场和压力场进行求解。最终利用计算所得相关参数,设计一台波纹管式固定管板换热器,实现一定工艺过程,并绘制出图纸。