用于除湿的叉排H型翅片热管换热器的传热分析毕业论文
2022-06-11 09:06
论文总字数：21517字
摘 要
随着经济的发展，能耗过高成了制约中国经济进一步发展的因素,提高能源的利用率是有效解决能源问题的手段之一。
本文利用流体计算软件Icepak，通过改变翅片间距、翅片厚度和翅片开孔大小对换热器的传热系数 h、传热热阻R影响。其中，选取迎面风速1.5m/s、 2.0m/s、 3.5m/s、4.5m/s、6.0m/s，不同翅片间距1mm、2mm、3mm、4mm，不同翅片厚度0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm，开孔大小2mm、4mm、6mm、8mm。之后将后处理的Re 数、Nu 数、传热系数h、传热热阻等数据与各变量参数整理为折线图，以定性分析其影响。通过多组实验理论计算设计了一台热管换热器。数值模拟结果表明: 随着迎面风速的增加, 表面传热系数显 著增加，传热热阻减小；随着翅片间距的增加，Nu 数减小，表面传热系数随翅片厚度的增加呈单调增加的趋势；随着翅片开孔距离的增加，换热系数明显减小。本文数值模拟结果可为换热器的设计与实验提供参考。
关键词：H型翅片管 数值模拟 传热特性 流动特性
Analysis on Heat Transfer of Fork Row H-type Finned Heat Pipe Heat Exchanger for Dehumidification
Abstract
With the development of economy, high energy consumption becomes a factor which restricts the further development of China's economy. Improving energy efficiency is one of the most effective means to solve energy problems.
With changing one of the three variations, fin pitch, fin thickness and open hole sizes,numerical simulation were performed with the help of the fluid calculation software, Icepak, to analyze the effects to the heat exchanger on the heat transfer coefficient, the heat transfer resistance .In the actual simulation process, the wind speed was set to 1.5m/s, 2.0m/s,3.5m/s, 4.5m/s, 6.0m/s. The three variations were considered separately with fin pitch （1mm, 2mm,3mm,4mm）, fin thickness （0.4mm,0.6mm,0.8mm,1.0mm）and open hole sizes（2mm,4mm,6mm,8mm）.After all the simulation was done, drafting the Re number, Nu number, heat transfer coefficient h and heat transfer resistance R with the variable parameters into line graph forms made it convenient to analyze the three specific factors' influencing trend on finned tube exchanger.Finally, through a lot of theoretical experimental calculation, a heat pipe heat exchanger is designed. Numerical simulation results showed that both heat transfer coefficient increased with the increase of head wind air velocity, while the hermal resistance of R decreased. With the increasing of fin pitch, the Nu number experience a decreasing process. The heat transfer coefficient increased with the increase of fin thickness. With the increasing of open hole sizes, the heat transfer coefficient go through a decreasing process. The results will provide a reference o the design and experiment of the heat pipe heat exchanger.
Keywords: H-type fined tube; Numerical Simulation; Numerical simulation of heat transfer characteristics; Flow characteristics
目 录
摘 要 I
Abstract II
符号说明 VII
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 热管换热器的发展与应用 1
1.2.1 热管换热器在航空系统中的应用 1
1.2.2 热管换热器在空调系统的应用 2
1.2.3 热管换热器在内燃机尾气余热回收中的应用 2
1.2.4 热管换热器在化学工程方面的应用 2
1.2.5 热管换热器在工业锅炉中的应用 2
1.2.6 热管换热器在除湿干燥中的应用 2
1.3 热管换热器传热的研究 3
1.4 H型翅片热管换热器 3
1.5 结语 4
第二章 翅片管模型的建立 5
2.1 Icepak软件介绍 5
2.1.1 ICEPAK软件介绍 5
2.1.2 快速几何建模 5
2.1.3 强大的zoom-in功能 5
2.1.4 参数化和优化设计功能 5
2.1.5 强大的解算功能 6
2.1.6 先进的网格技术 6
2.1.7 强大的可视化后置处理 7
2.1.8 软件优势 7
2.2 物理模型 8
2.3 几何模型 8
2.4 边界条件 9
2.5 网格划分 10
第三章 数据分析及数据处理 13
3.1 对流传热方程完整的数学描述 13
3.2 理论计算 13
3.3 模拟结果后处理计算 14
3.4 模拟结果与理论结果对比 16
3.5 模拟结果云图分析 16
3.6 模拟数据汇总及分析 23
3.6.1 翅片间距对换热器流动和传热性能的影响 23
3.6.2 翅片厚度对换热器流动和传热性能的影响 25
3.6.3 开孔大小对换热器流动和传热性能的影响 27
第四章 换热器设计 29
4.1 原始数据 29
4.1.1 设计步骤 29
4.1.2 确定物性参数 29
4.2 计算传热量Q 29
4.2.1 热侧空气的定性温度 29
4.2.2 热侧空气放出热量 30
4.2.3 热管传至冷空气侧的热量QC 30
4.2.4 冷空气侧实际获得的热量QC' 30
4.3 冷空气出口温度t2C及对数平均温差m 30
4.3.1 冷空气的出口温度t2C 30
4.3.2 冷空气侧定性温度及参数 30
4.3.3 对数平均温差tm 31
4.4 确定迎风面积及迎风面管排数B 31
4.4.1 热侧迎风面积Aexh，冷侧迎风面积AexC 31
4.4.2 迎风面宽度E 31
4.5 求总传热系数 31
4.5.1 管束最小流通截面积NFA 31
4.5.2 流体最大质量流速 Gmax 32
4.5.3 求Ref 32
4.5.4 求流体的换热系数 32
4.5.5 求翅片效率 33
4.5.6 求每米长热管管外总表面积 33
4.5.7 求管外有效换热系数 33
4.5.8 求污垢热阻及管壁热阻 33
4.5.9 求总传热系数 34
4.6 求加热侧总传热面积AHh 34
4.7 求所需热管数n 35
4.8 求换热器纵深排数m 35
4.9 求通过热管换热管的压力降 35
4.9.1 求换热器的净自由容积NFV 35
4.9.2 求当量直径 35
4.9.3 求 35
4.9.4 求摩擦系数 35
4.9.5 求平均管壁温度 36
4.9.6 求壁温下的流体黏度 36
4.9.10 求通过换热器的压降 36
第五章 结论与展望 37
5.1 结论 37
5.2 展望 37
参考文献 38
致谢词 40
符号说明
A0 表面或横截面面积（m2）
α 导热系数（W/m·℃）
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