圆形螺旋管流动和传热特性研究

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1、毕业设计论文姓名：111111学号：000000000学院：能源与动力工程学院专业：热能与动力工程题目：圆形螺旋管流动和传热特性研究指导教师：2012年6月摘要摘要螺旋管在热力、化工、石油及核工业等领域得到了广泛应用，螺旋管换热器也具有结构简单、传热系数高等优点。它的传热系数比直管高，在相同空间里可得到更大的传热面积，布置更长的管道，减少了焊缝，提高了安全性。尽管螺旋管的流体阻力增大，压降增大，但是其传热效率的提高导致能量的节约要高于因阻力增大而消耗的能量。因此，螺旋管在许多行业得到普遍应用而倍受青睐。在工程应用中，由于工艺要求，往往需将流体加热至规定的温度范围，

2、传热是其中的基本单元操作，所以有必要对螺旋管的传热与流动特性进行研究。从理论知识我们知道由于向心力的作用，流体从管中心部分由螺旋管内侧流向外侧壁面，因而造成了螺旋管内侧的低压区。在压差作用下，流体从外侧沿着圆管的上部和下部壁面流回内侧。这种流动是与管的轴向垂直的，也就是与流体的主体流动相垂直，称为二次流。流体的这种二次流与轴向主流复合成螺旋式的前进运动。这样，对于流体的传热传质，不仅可依靠流体的径向扩散，还有径向二次流的作用，相当于边界层进行了破坏，增强了流体传质。本文采用数值模拟的方法对圆形螺旋管的截面管进行分析，在应用FLUENT软件，对圆形螺旋管道内流体紊流

3、流动状态下的流场进行数值模拟，分析圆形螺旋管内流场及影响因素，包括速度的分布、温度以及二次流对流场的影响。本文首先概述了圆形螺旋管的应用背景及分析意义，对GAMBIT及FLUENT进行了简单的介绍，而后进行了分析。通过在GAMBIT中建模以及划分网格定义边界条件，在FLUENT中设定初始条件进行数值模拟，进一步分析在紊流条件下流体在圆形螺旋管中换热的影响因素。通过数值模拟得出了结论，入口雷诺数对圆形螺旋管的整个流场影响较大，管道内流体压降与流体流速大小成正比。速度越大圆形螺旋管中流体压降越大。由此，我们可以增大管道雷诺数从而达到改善流场流动的目的。同时，流体入口速

4、度的大小又影响整个管子中流体的二次流的流型。因此，选择合理的入口速度，可以使流体在流场中达到优化配置。关键词:圆形螺旋管；数值模拟；紊流；传热与流动-III-AbstractTitleTheResearchofCircularSpiralPipeFlowandHeatTransferCharacteristics.AbstractHelicalpipesinthefieldofthermal,chemical,oilandnuclearindustryhavebeenwidelyused.Thehelicalheatexchangeralsohasasimples

5、tructure,theheattransfercoefficienthighermerit.Theheattransfercoefficientisbetterthanstraight,whichenjoysgreaterheattransferareainthesamespace,arrangedalongerpipeline,reducingtheweldandimprovesecurity.Althoughthefluidresistanceofthecoilandthepressuredropincrease,theheattransferefficie

6、ncyofenergysavingishigherthantheenergyconsumedbytheresistanceincreases.Therefore,helicalpipeshavebeenwidelyusedinmanyindustries.Inengineeringapplications,duetoprocessrequirements,oftentakesthefluidheatedtothespecifiedtemperaturerangeandheattransferisthebasicunitofoperation.Soitisneces

7、sarytostudythehelicalheattransferandflowcharacteristics.Fromtheoreticalknowledge,weknowthattheroleofthecentripetalforce,whichthefluidfromthetubecentralpartoftheinsidebythehelicalflowtotheouterwall,resultinginaspiraltheinsideareaoflowpressure.Underdifferentialpressure,thefluidflowsback

8、tothe