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摘 要

本文首先介绍了课题背景，随后引入多根热管的数值模拟的定义、意义、研究方法以及国内外研究进展的简单介绍；接下来介绍了可用于数值模拟计算的模拟平台—Fluent的前处器、求解器和后处理器的作用、特点、使用原理以及在数值模拟过程中的应用。随后展现运用前处理器Design Modeler根据本文展示的物理模型建立简化的几何模型，导入Fluent进行数值模拟的相关过程，并记录了模型物性参数、结构参数以及数值模拟所需的条件参数。最后在已建好的模型的基础上对其进行数值模拟，得到模拟结果后对其流场特性、传热性能进行分析，并总结得到结论。

关键字：热管换热器 数值模拟 流畅特性 传热性能

Numerical Simulation of Multiple Heat Pipe Heat Exchangers

Abstract

This paper introduces the background of the topic, and then introduces the definition, significance, research methods and brief introduction of the research progress of the numerical simulation of multiple heat pipes. Next, the simulation platform which can be used for numerical simulation calculation - Fluent's front device is introduced. The role, characteristics, use principles of the solver and postprocessor and their application in the numerical simulation process. Then, the pre-processor Design Modeler is used to build a simplified geometric model based on the physical model presented in this paper. The relevant process of numerical simulation is introduced into Fluent, and the physical parameters, structural parameters and conditional parameters required for numerical simulation are recorded. Finally, the numerical simulation is carried out on the basis of the established model. After the simulation results are obtained, the flow field characteristics and heat transfer performance are analyzed, and the conclusions are summarized.

Key words: heat pipe heat exchanger,numerical simulation,fluent characteristics,heat transfer performance

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 2

1.3 国内外研究与发展情况 2

1.4多根热管换热器的简介 4

1.4.1热管的工作原理 4

1.4.2热管的分类 4

1.4.3多根热管换热器的结构 5

1.4.4 热管换热器的分类 6

1.5 本文研究内容 7

第二章 多根热管换热器的数值模拟 8

2.1计算流体力学 8

2.1.1数值模拟 8

2.1.2 Fluent简介 9

2.1.3Design Modeler简介 10

2.2多根热管的数值模拟 10

2.2.1物理模型 10

2.2.2几何模型 11

2.3控制方程 15

2.4网格划分 16

2.41网格无关性的检查 18

2.5边界条件 18

第三章 热管换热器设计 20

3.1热管换热器参数设计方法 20

3.2热管换热器 20

3.21锅炉回收排烟余热系统三视图 20

3.22锅炉回收排烟余热系统的零部件 22

第四章 多根热管换热器模拟结果与讨论 24

4.1流场特性分析 24

4.2不同管束排布方式对流体特性的影响 26

4.3不同进口速度对传热性能的影响 28

结论 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1研究背景

近来年，由于工业发展而对资源的需求越来越多，能源紧缺成为当下迫在眉睫的问题。能源的进步关乎着社会的进步，从第一次工业革命到第二次工业革命，从蒸汽机到电动机，生产力的变化使得整个社会发生了质的飞跃。社会发展归根结底还是因为能源的发展，世界经济的现代化，得益于能源的广泛使用。于是如何有效地利用能源显得越来越重要。能源的利用当前只有两种办法。一种办法是不断地开发新能源，如太阳能等可再生能源。虽然当前新能源的利用越来越受到人们重视，但是由于受到当前技术的限制，开发和利用成本过高，很难投入生产。第二种方法就是利用和开发现有能源。现有能源仍然是石油、煤炭、天然气等传统能源。如果这些非清洁能源利用不当还会带来严重的环境问题。

雾霾问题是近年饱受关注的话题。全国多个省市被雾霾问题困扰，中东部大部分地区是雾霾频发区，它不仅影响着人们生活的日常出行，还对人们的身体健康带来不可逆转的影响。雾霾里包含着许多对人体有害的细颗粒，而且极易被人吸入。所以整治雾霾成为刻不容缓的问题。雾霾的形成源头有很多，除去自然原因如火山喷发这类原因外，人为因素是雾霾形成的重要原因，如汽车尾气、工业排放以及冬季暖气供应等。尾气、工业废气里含有的灰尘、硝酸、磷酸构成了大气中的霾，而这些细颗粒的产生，往往是因为燃烧不充分，能源利用率不高。

再回望这几十年来，已经发生过多次能源危机。观察可以发现，战争往往发生在石油原产国，可以说明资源是国家掌握话语权的一个重要保障。能源短缺将会导致价格上涨甚至影响世界经济与和平。我国虽然能源资源总量位列世界前列，但人口基数大，人均占有率过低，甚至不足世界水平的一半，再加上由于工艺水平、设备条件、管理不善、浪费严重、开放速度缓慢等原因导致传统能源的利用率仍然没有达到令人满意的地步，能源短缺问题十分严峻。所以掌握节能技术，提高能源利用率，是我们目前关注的话题。

根据参考文献[1]可知，余热回收是指从废气中提取出热能，然后再进行热能利用的一个过程，它使没有全部被利用完的热量被重新利用，使其达到最大价值。余热利用可以有效提高能源利用率。而且现在各大行业的余热资源在消耗总量占有很大比重，甚至达到60%，可见余热资源有多丰富。现近国内锅炉的排烟温度普遍达到两百度，甚至更高，如此高温度意味着资源消耗大，环境污染严重，但采取降温措施会因为为了保证传热量而需要消耗大量金属扩大传热面积，投资增加。余热回收在此就显示出其优越性了。余热回收既能节约资源，又能增加传热效率，还可以避免环境污染。

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