翅片管换热过程的数值模拟及实验研究

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1、西安理工大学硕士学位论文翅片管换热过程的数值模拟及实验研究姓名：刘占斌申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：李淑娟;袁启龙20080301摘要论文题目：翅片管换热过程的数值模拟及实验研究学科专业：机械制造及其自动化研究生：刘占斌指导教师：李淑娟教授袁启龙副教授摘要签名：换热器是工业传热过程中必不可少的设备，广泛应用于各工业部门。随着科技及工业的发展，要求换热设备紧凑、轻巧、高效并小型化，翅片管换热器和板式换热器成为人们关注较多的两种高效换热器。其中翅片管作为翅片管换热器的核心元件，其质量的优劣直接影响到热交换器的工作性能。本文通过对采用切削一挤压

2、复合成形方法加工的翅片管进行三维有限元分析，研究其热交换过程和传热效果，以便指导其优化设计与加工。采用三维实体造型软件(CAT认)构建翅片管换热器的三维实体简化模型；选用ANSYSICEMCFD生成六面体网格，以ANSYSCFX为仿真工具，将流体与翅片管的接触面设置为流固恒热流耦合传热边界，完成了翅片管换热器模型的建立和模拟计算过程；针对模拟计算结果，分别分析了翅片管结构参数、翅片管内外流体对换热效果的影响，获得了翅片间距、厚度、高度以及翅片管外不同流体种类对换热效果的影响规律。建立了研究翅片管换热特性的实验平台；通过对翅片管强制对流换热过程的数值模拟，获得了

3、其平均传热系数。实验结果表明，翅片间距对平均传热系数影响最大，翅片厚度次之，翅片高度最小；平均传热系数随翅片高度的增大而增大；随翅片间距的减小而增大；随翅片厚度的增大，先增大后减小。通过翅片管的传热优化分析，获得翅片管最优结构参数，实验结果验证了翅片管数值模拟过程的正确性。关键词：翅片管；换热特性；数值模拟；正交实验；参数优化论文研究得到国家自然科学基金项目“切削挤压复合成形过程机理和精确控制方法的研究"(50475039)的资助。AbstractTitle：NUMERICALSIMULATIONANDEXPERIMENTALRESEARCHOFHEATTRA

4、NSFERPROCESSOFFINTUBEMajor：MechanicalManufacturingandAutomationName：ZhanbinLIUSupervisor：Prof．ShujuanLISignature：Associateprof．QilongYUANSignature：AbstractHeatexchangeriSindispensableinprocessofindustrialheattransfer,andiSwidelyusedbyeachdepartmentonindustry．Withthedevelopmentoftech

5、nologyandindustry,heatexchangersarerequiredofcompactness，portability,hi曲efficiencyandminiaturization．Thefintubeheatexchangerandplateheatexchangerarepaidmoreconcentrationbypeople．Fintubesarethekeypartoffintubeheatexchangers，whichqualityaredirectlyrelatedtoworkingCharacteristicofheate

6、xchanger．Inthisthesis，inordertooptimizedesignandmanufacture，theheatexchangingprocessandheattransfereffectoffintube，whichiSmanufacturedbymeansofcutting-extrusingcompositetechnics，arestudiedwith3D—finiteelementanalysismethod．Thesimplified3．DsolidmodeliSbuiltwithall3一Dsolidmodelingsoft

7、ware(CATIA)．ThehexahedralelementmeshisgeneratedwithANSYSICEMCFD．UsingANSYSCFXassimulationt001．settinginterfacesbetweenfluidandfintubeasfluid—solidcoupledheattransferboundaryinconditionofinvariableheatflux，modelestablishmentandsimulationcomputationoffintubeheatexchangerarecompleted．A

8、ccordingtosimulatio