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摘 要

为了提高换热器的传热效率，本文采取了在换热器中添加扰流子的方式：周期性内置纽带圆管。为了研究这种传热方式的优缺点，本文将会对周期性内置纽带圆管在湍流下的性能进行数值模拟。我的研究采用了计算流体动力学软件Fluent对周期性内置纽带圆管的湍流流动及换热进行了数值模拟。通过改变纽带的扭转比和扰流子的厚度来分别和光管做比较，由此得到了圆管内的流场和温度场分布，和不同参数下雷诺数与努赛尔特数的关系曲线图、雷诺数与摩擦因子系数的关系曲线图和雷诺数与能效因子的关系曲线图。从微观和宏观两方面分析了纽带圆管的换热机理，和不同参数的纽带圆管对流动及换热性能的影响。

通过以上研究，得出如下结论：

（1）实验数据对比分析可知：湍流状态下，扭转比越大，边界层越薄，产生的径向涡旋越多，流场受到的扰动越大，湍流核心区域和近壁面区域流体混合越剧烈，温度分布越均匀，换热效果越好。

（2）相对于光管，内置纽带的传热强化效果更好。

关键词：传热效率 数值模拟 扭转比 扰流子厚度 内置纽带圆管

The performance in numerical simulation of cyclical

Built-linked pipe under turbulent conditions

Abstract

In order to improve the efficiency of heat transfer for heat exchanger, the article use the way of adding Built-inside link in heat exchanger—cyclical Built-inside linked pipe. In order to research the advantage or disadvantage of this Heat-transfer way, we will work on the performance in numerical simulation of cyclical Built-linked pipe under turbulent conditions. My research use the software about computational fluid dynamics to learn about the Heat-transfer performance of cyclical Built-linked pipe. Compared changing reverse ratio and the thickness of turbolator with light pipe, we get the flowing and temperature distribution inside the tube, the graph of Re-Nu , Re-f and Re-. Besides, I analysis the Heat-transfer mechanism from micro and macro , and the influence of Heat-transfer for Built-linked pipe in different parameters.

Through the above research, we can get the conclusion:

Firstly, from the experiment data analyzing we can get that the twist ratio is bigger and the boundary layer is thinner, as the result, it will produce more radial vortex. At the same time, the flowing of disturbance is more seriously. The temperature distribution is more uniform, and the effect of heat transfer is better.

Forth, compared with light pipe, the effect of heat transfer enhancement is better.

Key words: heat transfer efficiency; numerical simulation; twist ratio

Turbolator thickness; Built-inside linked pipe

目录

摘要 I

Abstract II

符号表 V

第1章 绪论 1

1.1换热器研究背景 1

1.2传热强化技术 2

1.3纽带强化传热机理 3

1.4内置纽带圆管相关文献介绍 4

1.4 内置纽带管传热特性的实验与数值模拟 6

1.5 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） 7

第2章 数学模型 8

2.2 内置纽带圆管的几何模型介绍 8

2.2内置纽带圆管的物理模型介绍 10

2.2.1 内置纽带圆管的物理模型 10

2.3 小结 11

第3章 模型验证 12

3.1 Fluent介绍 12

3.2 网格独立性分析 12

3.2.1 数据整理（Date reduction） 12

3.2.2 网格生成和求解格式 15

3.3 光管有效性验证 17

3.4参数说明 18

3.4.1扭转比对传热的影响 18

3.4.2 扭转比对摩擦因子的影响 20

3.4.3 扭转比对热性能因子的影响 21

3.4.5 结论 23

3.5 扰流子厚度对传热的影响 24

3.5.1 扰流子厚度对流场的影响 24

3.5.2 扰流子厚度对摩擦因子的影响 26

3.5.3 扰流子厚度对能效因子的影响 26

3.5.4扰流子厚度对压降的影响 28

3.6结果与讨论 28

3.6.1数值模拟结果 28

3.6.2 结论 30

第4章 换热器设计 33

4.1 换热器简介 33

4.1.1换热器概述 33

4.2 列管式换热器简介 34

4.3 管壳式换热器设计 37

4.3.1确定设计方案 37

4.3.2确定物性数据 38

4.3.3计算总传热系数 38

4.3.4传热面积初值计算 39

4.3.5管侧传热系数 40

4.3.6管内给热系数 40

4.3.7传热核算 41

4.3.8壳侧压力降 41

4.3.9管侧压降计算 43

4.13.10裕度计算 43

4.3.11壳程接管 43

4.3.12管程接管 44

4.3.13换热器零部件强度计算 44

第5章 结论 46

第6章 展望 46

参考文献 47

致 谢 49

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