插椭圆型槽纽带管湍流下传热及流动特性的数值模拟开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、研究背景

近年来能源问题成为全世界各国最为关注的热点，各国都在从自己本国的国情出发来解决能源问题。中国作为世界上最大的发展中国国家，具有巨大的发展前景，对能源的需求也尤为突出。我国虽然能源总量丰富，但是由于人口基数较大，导致人均能源资源短缺（尤其是油、气、水），在己探明的煤炭、石油、天然气、水力资源等能源资源中，人均占有量均低于世界平均水平^[1]，不仅如此，在人均资源占有量低于世界平均水平的同时，我国能源利用率也大大低于先进国家^[2]。所以能源问题尤为突出，它将极大的制约我国的可持续发展以及为中华民族子孙万代生生息息留有生存空间。对此，我们必须加以重视。在实际的工业生产中，热量传递是能源利用非常重要的环节，而在此环节中，必不可少的设备就是换热器^[3].换热器在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等^[4]。有关统计表明,在现代化学工业中换热器的投资大约占设备总投资的30%,在炼油厂中占全部工艺设备的40%左右,海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的^[5]，其重要性可想而知。为了提高换热效率，降低生产成本，提高经济效益，强化传热研究一直备受关注^[6].

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,计算湍流条件下插椭圆形槽纽带管内在不同扭曲比结构条件、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。

纽带管是流体从管口轴承窗进入内置扭带管中，在流体动力作用下，扭带获得了一个与扭带螺旋方向相反的自转速度。纽带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插椭圆槽管,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,设计一台插椭圆槽纽带管换热器,实现一定工艺过程,并绘制出图纸。