湍流条件下矩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）

1、波纹管的前景

波纹管是一种双面强化传热的管型,内外壁被轧成波纹凸肋,其内壁能改变流体边界层的流动状态，外壁能增大传热表面和扰动，达到双面强化传热的目的^[1]。波纹管是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件。它的开口端固定，密封端处于自由状态，并利用辅助的螺旋弹簧或簧片增加弹性。工作时在内部压力的作用下沿管子长度方向伸长，使活动端产生与压力成一定关系的位移。活动端带动指针即可直接指示压力的大小。波纹管常常与位移传感器组合起来构成输出为电量的压力传感器，有时也用作隔离元件。波纹管生产历史已经有了一百多年。直到第二次世界大战时期，才用作仪器、仪表的弹性敏感元件和各类管道的联结元件，现在已被广泛用于矿山、石油、化工、冶金、电力、热力、航天等工程设备中，起密封、吸振、降噪、储能、热补偿和介质隔离作用^[2]。波纹管主要包括金属波纹管、波纹膨胀节、波纹换热管、膜片膜盒和金属软管等。金属波纹管主要应用于补偿管线热变形、减震、吸收管线沉降变形等作用，广泛应用于石化、仪表、水泥、冶金等行业。塑料等其他材质波纹管在介质输送、电力穿线、机床、家电等领域有着不可替代的作用。

2、波纹管的发展

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，计算湍流条件下矩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。