重力式热管数值模拟及结构优化

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1、‘！、分类号密级ＵＤＣ硕：ｔ学位论文重力式热管数值模拟及结掏优化作者姓名：孙学敏車站学科：、专业：化工过程视械ｔｊ学号：２１２Ｑ１２Ｑ８Ｑ７Ｑ６ＱＱ１１拓指导教师品：宋文武－■：完成日期：２０１５年４月誦＂戶ｉｎ？塞？西华大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中邑经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发隶

2、的研究成果，也不包含其他己申请一学位或其他用途使用过的成果。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名指导教师签畫：敎解日期：日期《八７＾句娜的从＞５參弓句西华大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西＾华大学

3、可！乂将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｌ）（采、用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。（保密的论文在解密后遵守此规巧）学位论文作者签省：指导教师签名：曰期：７＾日期叫倘、１《同＾＾ClassifiedIndex:UDC:XihuaUniversityMasterDegreeDissertationTwo-phaseClosedThermo-syphoNumericalSimulationandStructuralOptimizationCandidate:S

4、unXueminMajor:ChemicalProcessMachineryStudentID:212012080706001Supervisor:Prof.SongWenwuApril,2015西华大学硕士学位论文摘要热管通过较小的轴向截面远距离导热的优良导热特性而广为人知，在我国碳钢-水热管换热器应用相对普遍。热管的传热强化也是学界研究的热点之一，然而，目前多数课题对热管传热性能的研究大多围绕于热管通过较小截面的优良导热性能的研究上。在涉及重力式热虹吸管的数值模拟换热强化分析文献中，结合场协同理论提出对策

5、的较少。而且同时具备结合过增元理论特质，并且不拘泥于传统热管的轴截面优良导热性能的相关理论文献相对较少。本课题研究的对象为重力式热虹吸管径向热阻对传热性能的影响，并且结合过增元提出的场协同理论进行数值分析，提出新式的重力式热虹吸管结构。计算机数值仿真技术对于热虹吸管内部传热性能和流动过程的分析是一种不可或缺的重要方法。有限元法和现有的强化换热理论结合，为提高热管换热性能提出的改进措施提供可靠的数值仿真结果。将数值仿真结果进行量化分析，对不同结构的换热性能提出合理预测。本课题尝试提出一种设计方案以提高重力式热虹

6、吸管换热设备的能源利用率。结合重力式热虹吸管内部流场的分析，研究周向热阻，针对周向换热强化提出一种内部扰流结构。该扰流结构主要用于重力式热虹吸管的蒸发段的径向传热强化。本课题的研究过程在借鉴前人研究的理论基础上，提出新的换热扰流结构，谋求一种新的换热强化思路。借助FLUENT软件强大的数值模拟功能，对封闭式两相热虹吸流热交换器内部的耦合场模拟基础上，同时结合了清华大学过增元的场协同理论对重力式热虹吸管周向换热强化进行研究。根据对数值仿真结果的分析，为重力式热虹吸管的换热强化提出可行的传热强化结构。课题研究成果

7、被同时应用于两项专利的申报。本课题提出一种新的内螺旋翅片扰流结构，该结构具备两个显著特征尺寸，锥角和螺旋升角。对于这种内插有锥度的内扰流件的两个参数，分别提出一组参数供比较：锥角有α=12.33°，30°，45°，60°，螺旋升角有β=10.37°，14.036°，25.91°。通过CFD数值仿真分别比较两组结构参数对管内的传热与阻力特性的影响，对于不同锥度下数值仿真结果量化分析显示：数值仿真结果显示对应锥角α=60°的阻力系数，h数f值变化范围为0.013~0.37。30°阻力系数较之60°锥角增加0.46

8、0~0.592倍。综合EEC-Re曲线、EEC-α曲线以及紊流工况各参数换热性能，在锥度为30°时模型的强化效果较I重力式热管数值模拟及结构优化理想。对于不同锥度下数值仿真结果量化分析显示：数值模拟结果中强化管的EEC最大值在升角为25.91°处取得。综合全段Re数来看EEC-Re曲线，升角25.91°强化效果较为理想。分析EEC-β曲线，可知25.91°的强化效果较为理想。对于该内扰流结构件，最终