螺旋波纹管流动与对流传热场协同的数值模拟

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1、硕士学位论文螺旋波纹管流动与对流传热场协同的数值模拟NUMERICALSIMULATIONOFFLOWANDCONVECTIVEHEATTRANSFERINASPIRALCORRUGATEDPIPEWITHFIELDSYNERGYTHEORY张清红哈尔滨工业大学2015年6月中图分类号：TK224学校代码：10213UDC：621.18密级：公开工学硕士学位论文螺旋波纹管流动与对流传热场协同的数值模拟硕士研究生：张清红导师：陆慧林教授申请学位：工学硕士学科：热能工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月2日授予学位单位：

2、哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:：TK224UDC：621.18DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONOFFLOWANDCONVECTIVEHEATTRANSFERINASPIRALCORRUGATEDPIPEWITHFIELDSYNERGYTHEORYCandidate：QinghongZhangSupervisor：Prof.HuilinLuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSp

3、eciality：ThermalEnergyEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringndDateofDefence：July,2,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要强化换热越来越多的应用于各种换热设备中，以达到提高换热效率，节约能源的目的。对于螺旋波纹管内流体的运动，由于其螺旋凹槽结构的影响，使得管内的流动换热规律与光滑圆管有所不同。本文基于FLUENT软件对不同压

4、力下单相水和超临界压力流体螺旋波纹管内的流动和换热进行数值模拟，对比分析了考虑粘性修正的换热关联式、标准k-ε湍流模型和RNGk-ε湍流模型的数值模拟结果，决定选用应用RNGk-ε湍流模型进行数值模拟。对不同压力下单相水在螺旋波纹管与光滑圆管的流动换热进行对比，得出螺旋波纹管具有强化换热的作用，研究了入口速度、温度和螺旋波纹管的结构参数等对径向速度、温度、湍动能、湍流耗散率率等的影响。并且采用综合性能指标PEC，熵产，火积值耗散以及场协同的理论对强化换热的效果进行评价分析。结果表明：在模拟所用的螺旋波纹管结构参数下，换热增强了1.5-

5、2.7倍，摩擦压力增大了1.3-4.5倍，所有结构参数下的螺旋波纹管PEC均大于1.采用协同角，熵产，火积耗散均能对结构参数等对换热的影响进行较好的预测。在超临界压力下，选用k-ωSST湍流模型对拟临界温度附近的水的流动换热进行了数值模拟，对径向方向上速度、温度、以及壁面温度,壁面传热系数等的分布规律进行了研究。发现：在拟临界温度区域螺旋波纹管内速度呈现出中心低沿壁面逐渐增高，当靠近壁面处发生回落的变化趋势。关键词：螺旋波纹管；强化换热；场协同；超临界压力-I-AbstractAbstractHeattransferenhanceme

6、ntismoreandmoreusedinvariousheatexchangeequipment,inordertoimprovetheefficiencyofheattransferandsaveenergy.Forthemovementofthefluidinthespiralcorrugatedpipe,theflowandheattransferinthepipearedifferentduetotheinfluenceofthehelicalgroovestructurecomparingtosmoothpipes.Int

7、hispaper,basedontheFLUENTsoftware,flowandheattransferofwaterinthepipeunderthedifferentpressuresandsuper-criticalpressurewasinvestigatedbynumericalsimulation.Contrastandanalysisoftheconsideredviscouscorrectionforcorrelationsandstandardk-εturbulencemodelandRNGk-εturbulenc

8、emodelnumericalsimulationresultswereperformed.Fromsimulations,theRNGk-εturbulencemodelischoosetousefornumerica