论文总字数：21222字

摘 要

换热器作为一种工艺设备主要用于热量的交换，在食品行业、冶金行业、石油和化工行业等多个领域用途广泛且几乎必不可缺。在工业生产中约有80%的热能的利用要通过换热设备实现，它是工业生产中必不可少的部分。因此针对生产要求来合理的选择与设计换热器就至关重要了。本文的研究对象选定为翅片管热交换器中的圆形翅片热管；并利用计算机软件模拟的方法进行数据的处理，运用的软件为icepak。使用控制变量法来分析各个参数对换热器换热和流动性能的影响。

经过多次软件运行的数值模拟结果显示:

每当进口空气流速增加时，意味着迎面风速也增加，雷诺数增加，圆形翅片管热交换器的流动阻力和表面传热系数也将会增加，并且增加地十分显著，换热效果得到加强。

翅片厚度发生改变的过程中，表面传热系数将会随着翅片厚度的增加而减小，因为在其他参数不变的前提下翅片厚度增加将会减少翅片的总数量，减弱换热效果。另：与其它参数相比，翅片厚度对于整体换热器的换热和流动效果而言影响甚微。

当翅片间距增大时，空气流通面积将会扩大，于是空气流速增加，流动阻力下降，降低了换热效果，降低了表面传热系数。

翅片高度的改变略显复杂，因为存在最佳翅片高度，一开始逐渐增加翅片高度时表面换热系数增加；继续增高翅片高度后又将会下降。

关键词： 圆翅片 热管换热器 传热系数 数值模拟

Heat transfer and flow analysis of round fin heat pipe

heat exchanger

Abstract

As a Industrial installation, heat exchangers are mainly used for heat exchange, and are widely used and almost indispensable in many fields such as food production, metallurgy industry, petroleum and chemical industry. In industrial production, about 80% of the utilization of heat energy is realized through heat exchange equipment, which is an indispensable part of industrial production.. The research object of this paper is selected as the round finned heat pipe in the finned tube heat exchanger; and the data is processed by the method of computer software simulation. The software used is icepak. select the basic parameters It is the air velocity of the inlet, the spacing of the fins, the thickness and height of the round fins.

The numerical simulation results after many software runs show: When the inlet air velocity increases, the Reynolds number increases, the flow resistance and surface heat transfer coefficient of the circular finned tube heat exchanger will also increase, and the increase is very significant, and the heat exchange effect is obtained Strengthen, so the heat transfer resistance decreases;

In the process of fin thickness change, the surface heat transfer coefficient will decrease with the increase of fin thickness, which is proportional to it, because the increase of fin thickness will reduce the fin's The total quantity reduces the heat exchange effect.When the fin spacing increases, the air circulation area will expand, so the air flow rate increases, the flow resistance decreases, reducing the heat exchange effect and reducing the surface heat transfer coefficient.
The change in fin height is slightly more complicated, because the surface heat transfer coefficient increases when the fin height is gradually increased at the beginning; it will decrease after continuing to increase the fin height.

Key Words: Numerical Simulation Of Heat Transfer Coefficient Of Round Fin Heat Pipe Heat Exchanger

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究意义 1

1.3研究现状 2

1.4本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 3

1.4.1 研究内容 3

1.4.2 研究手段 3

第二章 换热理论基础 4

2.1控制方程 4

2.2理论计算 4

第三章 换热器仿真 7

3.1创建实体模型 7

3.1.1物理模型 7

3.1.2几何模型 8

3.2 换热器模型假设 9

3.3网格划分 10

3.4本章小结 12

第四章 数据处理及分析 13

4.1模拟结果后处理 13

4.1.1 相关定性参数的简化 13

4.1.2 计算所用参数的定义 13

4.2模拟结果与理论结果对比 13

4.3模拟结果云图分析 14

4.4结果分析和优化参数 23

4.5本章小结 29

4.5.1内容总结： 29

4.5.2问题总结： 30

第五章 结论与展望 31

5.1 模拟结论 31

5.2 未来展望 31

参考文献 32

致谢 35

第一章 绪论

1.1研究背景

换热器作为一种工艺设备而言主要用于热量的交换，它被广泛应用与石油、化工、食品、冶金、能源动力、城市供热等各个方面，在工业生产中约有80%的热能的利用要通过换热设备实现，它是工业生产中必不可少的部分。因此针对生产要求来合理的选择与设计换热器就在整个工艺流程中占据重要地位。换热器在实际使用中应用最广泛的是翅片管换热器，采用翅片就是一种有效增加传热面积的方法^[1]。因为在热管管壁上添加翅片并没有消耗太多的原材料，却能够事半功倍的达到换热面积增加，换热效果加强的效果，正是其优点所在。在对热交换器功能性能要求日益增大的今日，翅片管热交换器多采用空气和水作为内部介质。因为空气的换热系数小，所以热阻大。为了削弱热阻，强化表面传热；翅片的形状选择就至关重要。经过许多学者的研究表明：强化传热的前提是流动阻力增加，让流体和热管充分接触。根据流体力学知识，流体横掠圆管的时候会在圆管表面产生边界层，发生绕流脱体现象。所以在增强肋侧传热能力的同时消耗较少的空气流动功率一直是能源动力领域的国际前沿和挑战性研究内容，而减少尾部回流区及强化圆管尾部翅片表面的传热就成了主要的技术难点^[2-4]。

1.2研究意义

热交换器的好坏会切实的影响到工业生产的效率，针对现有问题对圆翅片管式换热器的设计进行传热和流动分析，设计出合适工况的换热器，可以更加高效的利用资源，节约能源以及降低不必要的消耗，在实际生产时能够获得更多效益。因此，对于该问题的研究有现实意义。在不同的温度下，某两种或者多种流体接触发生热量的交换需要载体；抑或是固体与流体接触也同样需要。而换热器正是发生这种热量交换的理想场所装置。市场上的许多工业流程中对于换热器都是不可或缺，用于加工、动力、运输、空调、制冷、低温、热量回收、替代燃料和制造领域中。换热器在能量的节省，能量的转换和能量的回收甚至是新型能源的应用方面都占有举足轻重的地位，因此换热器的性能、效率的提升，更需要合理的设计与评估，所以如何分析换热和流动性能，开发更紧凑传热效率更高的换热器是本课题进行研究的目的和意义所在^[5-10]。

1.3研究现状

为了强化热交换器的传热效果同时又避免流动阻力过大影响效果；当今的研究重心放在了传热、流动和防止管壁结垢方面——也就是开发更加新型也更加高效的换热表面。其途径主要是：

（1）尽量减小传热器的结构尺寸，比如说热管的管径尺寸；以及管排的管间距，包括横向间距和纵向间距，以使整个换热器结构更加紧凑^[11-16]。

请支付后下载全文，论文总字数：21222字