摘 要

本文对流体横掠顺排管束流动与换热特性模型进行适当的简化，建立二维模型，在雷诺数1000~2体的条件下运用数值模拟软件ANSYS对该二维模型的流动与换热特性进行了数值模拟研究。并对模拟结果进行近一步分析，找到横掠顺排管内换热的影响因素，从而与经验公式进行对比，找到强化传热的有效途径与措施。

Zhukauskas关联式可以很好地计算流体橫掠顺排管束平均表面换热系数。流体在加热时，当进口速度增大时，换热效率提高，当进口温度增加时，换热效率减小。管壁的温度对换热效率的影响不大。通过对该问题的模拟与分析，可以很好地验证Zhukauskas关联式的准确性，并且对于管内流体的强化传热进行了简单的讨论，提出了初步的强化方法，在实际的设计计算中有一定的参考意义。

关键词：数值模拟；横掠管束；努谢尔特数

Numerical Analysis of Fluid Heat Transfer inTubes

ABSTRACT

In this paper, the model of flow and heat transfer characteristics of fluid transversal tube is optimized, and a two-dimensional model is established. The numerical simulation software ANSYS is used to analyze the flow and heat transfer characteristics of the two-dimensional model under the condition of Reynolds number 1000 ~ 2 A numerical simulation study was carried out.And the simulation results are analyzed step by step, and the influencing factors of the heat transfer in the horizontal row are found, so as to compare with the empirical formula and find the effective ways and measures to strengthen the heat transfer.

The Zhukauskas correlation can be used to calculate the average surface heat transfer coefficient of the fluid across the row. When the inlet temperature increases, the heat transfer efficiency decreases, and the temperature of the pipe wall has little effect on the heat transfer efficiency when the inlet speed increases, the heat transfer efficiency increases.The temperature of the different pipe wall has little effect on the average heat transfer coefficient. Through the simulation and analysis of the problem, we can well verify the accuracy of Zhukauskas correlation.A preliminary reinforcement method is proposed, which has some reference significance in the actual design calculation.

Keywords:numerical simulation; horizontal pipe bundles; Nusselt number

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章.绪论 1

1.1前言 1

1.2课题研究的国内外发展历程及现状 1

1.3模型研究方法 4

1.3.1宏观法 4

1.3.2微观方法 4

1.3.3介观方法 4

1.4本文的研究方法 5

1.5.本章小结 5

第二章.横掠管束的数值模拟 6

2.1模型介绍 6

2.2 假设处理 7

2.3 几何模型与参数 7

2.4模型研究方法 8

2.5 控制方程 8

2.5.1 质量守恒方程（连续性方程） 8

2.5.2 动量守恒方程（运动方程） 9

2.5.3 能量守恒方程 9

2.5.4 流体横掠管束平均表面传热系数计算关联式 10

2.6 网格划分 10

2.7边界条件 11

2.8计算方法 12

2.9利用FLUENT对橫掠管束的单相流体流动进行求解 12

（1）读入Mesh网格文件 13

（2）运行合适的解算器：2D、3D 13

（3）检查网格 13

（4）设置求解器参数 13

（5）设置材料性质 14

（6）设置边界条件 15

（7）求解计算设置 15

（8）初始化 16

（9）迭代计算 16

2.10本章小结 17

第三章.橫掠管束内流体的数值模拟分析 18

3.1传热的类型 18

3.2热传导与对流传热的基本原理 18

3.3与Zhukauskas经验关联式对比 19

3.4 模拟结果的残差曲线 21

3.5数值模拟结果云图分析 22

3.6 不同影响因素的分析 25

3.6.1 模型尺寸因素的影响 25

3.6.2 不同流速大小 26

3.6.3 管壁温度对传热的影响 28

3.7 对不同模拟结果的分析 29

3.8本章小结 30

第四章.横掠管束内传热的分析与强化 31

4.1单相流体的强化传热原理 31

4.2横掠管束模型的强化传热 32

4.3本章小结 33

第五章.总结与展望 34

5.1总结 34

5.2展望 35

参考文献 36

致谢 39

第一章.绪论

1.1前言

在现代的化工产业中，换热设备的应用变得越来越普遍，不论是微型的换热器还是大型的换热设备，其中换热管的质量和性能也在不断的进步，为了更好的提高换热效率，从而提高工业生产效率，所以越来越多的科研机构在研究管内流体换热的课题。因此本文基于换热器中使用广泛的横掠管束对管内的换热进行研究与讨论，再将模拟结果与经验值进行对比研究，找到横掠管束内强化传热的措施与方法。^[1]强烈加热的气流在换热管具有很大的基本作用。当湍流气流被强烈加热，可变热物理性质可导致从湍流到准层流的流动再转化，在一些文献中被称为“再层化”。^[2]因此，传热效率迅速下降，并且导致管壁温度的急剧上升。管内热量传递过程在制冷，化工，太阳能发电等热能领域的热交换设备中有着广泛应用。在热量交换与传递的领域中，我们都知道最基本的热传导方式有热传导，对流传热，热辐射三种基本方式。^[3]因此在对流动进行强化传热时，我们可以从这三个热传导的基本方面进行研究。故本文用ANSYA软件对管内二维湍流模型流体的传热过程进行数值分析与强化。

1.2课题研究的国内外发展历程及现状

边界层理论的提出

边界层的存在是由于流体的粘度使其在边界附近，流速急剧下降，流速梯度非常大。 因此它也称为流动边界层。^[4] 早在1940年，德国科学家引入了著名的边界层概念后，对流体力学的研究有了质的推进。之后的研究表明，牛顿粘性

相关图片展示：