基于扭带或锥形环的管内强化传热的数值模拟

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1、分类号学号M201270848学校代码10487密级硕士学位论文基于扭带或锥形环的管内强化传热的数值模拟学位申请人：王特学科专业：工程热物理指导教师：范爱武副教授答辩日期：2015年5月19日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalsimulationofenhancedtubewithtwistedtapeorconicalringCandid

2、ate:WangTeMajor:EngineeringThermophysicsSupervisor:AssociateProfessorFanAiwuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文

3、中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日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，即：学校有权保留并向国家有关部门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。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日

4、期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要管内强化传热技术是工业中一种常用的节能技术手段，广泛运用于能源、化工、电子、医药、材料等领域。因此，开发新的强化传热技术，提高设备的换热效率对于节能和经济的发展都具有重要作用。本文在前人对窄边扭带研究的基础上，设计了交替轴窄边扭带、交替轴窄边中空扭带和交替轴贴壁中空扭带，并对管内内置上述形式的扭带在层流条件下进行了数值模拟，结果表明：对于交替轴窄边扭带和交替轴窄边中空扭带，在较低Re下，Nu随扭带错位角的增大而增大，而Re较高时，不同错位角度之间的差别很小，f随错位角

5、的变化差别不大，PEC最大对应的是90°交错角。对于交替轴贴壁中空扭带，60°交错角下的Nu最大，且不同交错角下f差别明显，90°时f最大，PEC值随错位角的变化而呈现出复杂的变化规律，总体来说，60°的错位角对应的综合性能最好。湍流条件下，不同交错角的交替轴扭带的换热差异不明显，所以对窄边扭带和中空扭带在湍流条件下进行了数值模拟，考察了换热特性、阻力特性及综合性能，并用速度场与温度场进行了分析。通过计算结果可知：窄边扭带的宽度越大，换热越好，阻力也越大，但综合性能依然越好；中空扭带的中空尺寸在较小时换热

6、基本一致，较大时换热削弱，中空尺寸越大，阻力越小，综合性能也越好；传统扭带的换热性能及综合性能始终优于窄边扭带和中空扭带。最后，还对湍流条件下管内内置不同结构形式的锥形环进行了数值模拟，发现固定锥形环小端端径，环大端与管壁间间隙越小换热越好；固定锥形环端径比，对于收缩环环大端与管壁间间隙越小换热越好，对于扩张环环大端与管壁间间隙适当的增大反而会强化传热；扩张环与收缩环相比，在小间隙下阻力大很多，大间隙下阻力反而略小；扩张环的综合性能始终优于收缩环。关键词：数值模拟，交替轴扭带，窄边扭带，中空扭带，锥形环I

7、华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTThetechnologyofconvectiveheattransferintubeisanenergy-savingtechniquewhichiswidelyusedintheindustrialfields,suchasenergy,chemicalindustry,electronics,medicine,materialsetc.Therefore,thedevelopmentofnewtypesofheattransferenhancementtech

8、nologyandimprovingfacilities’heattransferefficiencyhaveagreateffectonenergy-savingandeconomicdevelopment.Wedesignedshort-widthtwistedtapeofalternateaxes,center-clearedshort-widthtwistedtapeofalternateaxesandcenter-c