翅片管換熱過程的數(shù)值模擬及實驗研究

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1、西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文翅片管換熱過程的數(shù)值模擬及實驗研究姓名：劉占斌申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：機械制造及其自動化指導(dǎo)教師：李淑娟;袁啟龍20080301摘要論文題目：翅片管換熱過程的數(shù)值模擬及實驗研究學(xué)科專業(yè)：機械制造及其自動化研究生：劉占斌指導(dǎo)教師：李淑娟教授袁啟龍副教授摘要簽名：換熱器是工業(yè)傳熱過程中必不可少的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門。隨著科技及工業(yè)的發(fā)展，要求換熱設(shè)備緊湊、輕巧、高效并小型化，翅片管換熱器和板式換熱器成為人們關(guān)注較多的兩種高效換熱器。其中翅片管作為翅片管換熱器的核心元件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到熱交換器的工作性能。本文通過對采用切削一擠壓

2、復(fù)合成形方法加工的翅片管進行三維有限元分析，研究其熱交換過程和傳熱效果，以便指導(dǎo)其優(yōu)化設(shè)計與加工。采用三維實體造型軟件(CAT認)構(gòu)建翅片管換熱器的三維實體簡化模型；選用ANSYSICEMCFD生成六面體網(wǎng)格，以ANSYSCFX為仿真工具，將流體與翅片管的接觸面設(shè)置為流固恒熱流耦合傳熱邊界，完成了翅片管換熱器模型的建立和模擬計算過程；針對模擬計算結(jié)果，分別分析了翅片管結(jié)構(gòu)參數(shù)、翅片管內(nèi)外流體對換熱效果的影響，獲得了翅片間距、厚度、高度以及翅片管外不同流體種類對換熱效果的影響規(guī)律。建立了研究翅片管換熱特性的實驗平臺；通過對翅片管強制對流換熱過程的數(shù)值模擬，獲得了

3、其平均傳熱系數(shù)。實驗結(jié)果表明，翅片間距對平均傳熱系數(shù)影響最大，翅片厚度次之，翅片高度最??；平均傳熱系數(shù)隨翅片高度的增大而增大；隨翅片間距的減小而增大；隨翅片厚度的增大，先增大后減小。通過翅片管的傳熱優(yōu)化分析，獲得翅片管最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，實驗結(jié)果驗證了翅片管數(shù)值模擬過程的正確性。關(guān)鍵詞：翅片管；換熱特性；數(shù)值模擬；正交實驗；參數(shù)優(yōu)化論文研究得到國家自然科學(xué)基金項目“切削擠壓復(fù)合成形過程機理和精確控制方法的研究"(50475039)的資助。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