翅片间距和管直径对管翅式换热器传热特性影响的研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究的背景：

强化传热是上世纪六十年代开始蓬勃兴起的一种改善传热性能的先进技术。它的任务是促进和适应高热流,以达到用最经济的设备来传输特定的热量,用最有效的冷却来保护高温部件的安全运行,以及用最高效率来实现能源的有效利用。正因为如此传热强化在工业生产中有着十分广泛的应用,在能源的开发和节约中起着重大甚至是关键性的作用,并已成为现代热科学中一个十分引人注目的研究领域^[1,2]。

换热器是以两种不同温度的流体进行热量交换的设备，它不仅在我们日常生活中起到了至关重要的作用，而且在涉及到加热、冷却或者热量传递等方面的生产中也是不可缺少的工艺设备，被广泛应用于现代科学技术的诸多领域，如动力、石油、化工、材料、电子、核能等。换热器的效率直接影响着能源的利用率，因而换热设备的研究开发越来越受到重视，特别是在上世纪七十年代，面临严重的能源危机，寻找新的替代能源，探索节能的新途径是十分必要的。在我国，随着工业的不断发展，对能源开发利用的合理性与有效性的要求不断提高，对换热器性能的要求也日益加强。因此，换热器在生产及研发中除了满足各种必需的工艺条件之外，对它的综合性能也提出了更高的要求^[1,3,5]。

2. 研究的基本内容与方案

1．根据厂家给定的不同的换热器尺寸，利用ansys软件的前处理程序(preprocessor),经过单元类型选择、材料参数的确定、几何建模等步骤，建立翅片管换热器的三维模型，因为实验研究的是翅片间距和管直径对翅片管的换热性能的影响，可认为筒体直径很大，因此模拟过程可应用单元流道模型进行简化。设翅片的材料为铝，管的材料为铜。网格划分首先对翅片表面进行划分，生成面网格，然后应用cooper方法对整个几何体生成体网格。对翅片管的计算区域釆用结构化网格划分,在靠近基管壁面的地方由于流体粘性的影响,速度梯度比较大,在此处对网格进行加密处理。并对网格进行检查，其质量指标值越低，网格对应所设置的质量检查标准的质量越好。

2．数值模拟采用有限容积法，压力和速度的解耦采用simple算法，动量和能量方程则采用一阶迎风格式。在低雷诺数范围内应用层流模型，高雷诺数范围内应用rng 湍流模型。做出适当的假设，将实验边界条件代入进行计算，在fluent软件中完成全部计算。为保证结果收敛，是将本次的计算结果和上次计算结果的差进行适当的缩减，这样可以避免由差值太大而导致的非线性迭代方程的发散。对空气侧做多组实验，按相同的条件对整体模型进行模拟，若模拟结果都在合理的误差范围内，那么仿真方法是正确的。

3．在得到了正确的仿真方法之后便可以应用此模型来对翅片管几何参数（翅片间距、管直径）进行研究了。在相同的换热管直径的情况下，分析不同翅片间距对传热的影响。在四组不同翅片片距（h=2mm、3mm、4mm、5mm）下，分别对三种不同管径（d=8mm、10mm、12mm）的换热管进行了模拟仿真，分析流体的流动和传热特性，得到不同片距对传热的影响，通过得到的换热器进出口温度应用对数平均温差公式可以求出传热系数k，进而得到换热因子j，再根据进出口的压降求得阻力因子f，以j/f作为综合性能评价指标来评判不同架构参数对换热及流动阻力综合性能的影响。

4．在翅片间距一致的条件下，分析不同管直径对传热的影响。通过给定的翅片间距，分别对不同的换热管直径的换热器进行模拟，在相同的进口参数条件下，比较空气的出口温度和空气的压力降。得到最优的管直径尺寸。

3. 研究计划与安排

2016年2月22日至2016年5月30日共15周

1-3 周 查阅相关文献资料，完成开题报告。

4-7 周 练习autocad制图，完成板式换热器和活塞的平面图及活塞实物模型的立体图，并完成外文文献翻译（2万字以上字符）。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]钱颂文.换热器设计手册[m]. 北京:化学工业出版社, 2002,305-311.

[2]刘建勇，李静.翅片间距对新型翅片管换热性能影响的数值模拟[j].冶金能源，2009(28):23-26.

[3] g.n.xie，q.w.wang，b.sunden. parametric study and multiple correlations on air-side heat transfer and friction characteristics of fin-and-tube heat exchangers with larger numbe of large-diameter tube rows [j]. applied thermal engineering. 2009(29):1-16.