重力式熱管數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、熱管通過較小的軸向截面遠(yuǎn)距離導(dǎo)熱的優(yōu)良導(dǎo)熱特性而廣為人知，在我國(guó)碳鋼-水熱管換熱器應(yīng)用相對(duì)普遍。熱管的傳熱強(qiáng)化也是學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一，然而，目前多數(shù)課題對(duì)熱管傳熱性能的研究大多圍繞于熱管通過較小截面的優(yōu)良導(dǎo)熱性能的研究上。在涉及重力式熱虹吸管的數(shù)值模擬換熱強(qiáng)化分析文獻(xiàn)中，結(jié)合場(chǎng)協(xié)同理論提出對(duì)策的較少。而且同時(shí)具備結(jié)合過增元理論特質(zhì)，并且不拘泥于傳統(tǒng)熱管的軸截面優(yōu)良導(dǎo)熱性能的相關(guān)理論文獻(xiàn)相對(duì)較少。
　　本課題研究的對(duì)象為重力式熱虹吸

2、管徑向熱阻對(duì)傳熱性能的影響，并且結(jié)合過增元提出的場(chǎng)協(xié)同理論進(jìn)行數(shù)值分析，提出新式的重力式熱虹吸管結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)于熱虹吸管內(nèi)部傳熱性能和流動(dòng)過程的分析是一種不可或缺的重要方法。有限元法和現(xiàn)有的強(qiáng)化換熱理論結(jié)合，為提高熱管換熱性能提出的改進(jìn)措施提供可靠的數(shù)值仿真結(jié)果。將數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行量化分析，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的換熱性能提出合理預(yù)測(cè)。本課題嘗試提出一種設(shè)計(jì)方案以提高重力式熱虹吸管換熱設(shè)備的能源利用率。結(jié)合重力式熱虹吸管內(nèi)部流場(chǎng)的分析，

3、研究周向熱阻，針對(duì)周向換熱強(qiáng)化提出一種內(nèi)部擾流結(jié)構(gòu)。該擾流結(jié)構(gòu)主要用于重力式熱虹吸管的蒸發(fā)段的徑向傳熱強(qiáng)化。本課題的研究過程在借鑒前人研究的理論基礎(chǔ)上，提出新的換熱擾流結(jié)構(gòu)，謀求一種新的換熱強(qiáng)化思路。
　　借助FLUENT軟件強(qiáng)大的數(shù)值模擬功能，對(duì)封閉式兩相熱虹吸流熱交換器內(nèi)部的耦合場(chǎng)模擬基礎(chǔ)上，同時(shí)結(jié)合了清華大學(xué)過增元的場(chǎng)協(xié)同理論對(duì)重力式熱虹吸管周向換熱強(qiáng)化進(jìn)行研究。根據(jù)對(duì)數(shù)值仿真結(jié)果的分析，為重力式熱虹吸管的換熱強(qiáng)化提出可行的

4、傳熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。課題研究成果被同時(shí)應(yīng)用于兩項(xiàng)專利的申報(bào)。
　　本課題提出一種新的內(nèi)螺旋翅片擾流結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具備兩個(gè)顯著特征尺寸，錐角和螺旋升角。對(duì)于這種內(nèi)插有錐度的內(nèi)擾流件的兩個(gè)參數(shù)，分別提出一組參數(shù)供比較：錐角有α=12.33°，30°，45°，60°，螺旋升角有β=10.37°，14.036°，25.91°。通過CFD數(shù)值仿真分別比較兩組結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)管內(nèi)的傳熱與阻力特性的影響，對(duì)于不同錐度下數(shù)值仿真結(jié)果量化分析顯示：數(shù)值仿真結(jié)果顯

5、示對(duì)應(yīng)錐角α=60°的阻力系數(shù)，hf數(shù)值變化范圍為0.013~0.37。30°阻力系數(shù)較之60°錐角增加0.460~0.592倍。綜合EEC-Re曲線、EEC-α曲線以及紊流工況各參數(shù)換熱性能，在錐度為30°時(shí)模型的強(qiáng)化效果較理想。對(duì)于不同錐度下數(shù)值仿真結(jié)果量化分析顯示：數(shù)值模擬結(jié)果中強(qiáng)化管的EEC最大值在升角為25.91°處取得。綜合全段Re數(shù)來看EEC-Re曲線，升角25.91°強(qiáng)化效果較為理想。分析EEC-β曲線，可知25.91°