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流量波动条件下流动与换热特性研究
作 者: Boutrab Kamel
导 师: 高璞珍
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 热能工程
关键词: 数值模拟 圆管 流量脉动 流动特性 换热
分类号: TK124
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 6次
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内容摘要
本文使用数值计算软件CFD研究了圆管中单相水脉动紊流的流动和传热特性。计算使用了标准k-ε模型,稳定流动状态的模拟结果与经典的勃拉休斯公式、迪图斯-贝尔特公式吻合得很好。将加热和不加热管道内脉动流动数值模拟的结果与实验结果进行了比较。模拟的参数如:平均速度,速度振幅,加热功率和流体温度等均从试验数据中计算得到,并在CFX中作为各种模拟条件。试验与计算的结果对比表明:两种方法对压降的研究有相似之处,并且二者之间存在相位差。计算得到的对流换热系数与试验的对流换热系数符合程度较差,但与迪图斯-贝尔特公式吻合得很好,对这种差异的原因进行了分析。通过数值计算研究了加热功率、脉动周期和振幅改变对流动特性,对流换热系数,努谢尔特数,壁面温度和截面流体温度的影响规律。结果表明:流动特性和换热系数会周期性地波动,波动周期与入口速度的脉动周期相一致。流速脉动周期的变化对摩阻系数和努谢尔特数没有影响,但是速度振幅和平均速度的增加会使摩阻系数和努谢尔特数增加。由于未考虑固体壁面对流体流动的影响,没有观察到加热功率的增加对压降和对流换热系数的影响。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-10 CHAPTER 1 INTRODUCTION 10-17 1.1 BACKGROUND 10-11 1.2 OVERVIEW 11-15 1.2.1 Theory research 11-12 1.2.2 Experimental research 12-14 1.2.3 Numerical research 14-15 1.3 OBJECTIVES AND SIGNIFICANCE OF RESEARCH 15-16 1.4 THESIS OUTLINE 16-17 CHAPTER 2:NUMERICAL METHOD AND SOFTWARE DESCRIPTION 17-28 2.1 COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS INTRODUCTION 17 2.2 NUMERICAL SOLUTION OF COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS 17-18 2.3 PROCESS OF COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS 18-20 2.4 GRID GENERATION 20-21 2.4.1 Definition 20 2.4.2 Grid Types 20 2.4.3 Grid Structure 20-21 2.5 BOUNDRY CONDITION 21-23 2.5.1 Generalities 21-22 2.5.2 Main boundary condition 22-23 2.6 TURBULENCE 23-27 2.6.1 Introduction 23-24 2.6.2 Characteristic of turbulence flow 24 2.6.3 Reynolds-averaging Equations 24-25 2.6.4 K-epsilon model 25-27 2.7 DESCRIPtION OF CFX 27 2.8 CHAPTER SUMMARY 27-28 CHAPTER 3 CFD MODELING AND VALIDATION 28-38 3.1 GRID AND BOUNDARY CONDITION 28-30 3.1.1 Sensitivity analysis 28-29 3.1.2 Boundary condition and near wall treatment 29-30 3.2 THEORY 30-32 3.2.1 Calculate the friction factor 30-32 3.2.2 Calculation of Nusselt number 32 3.3 RESULT OF CFD MODEL 32-37 3.3.1 Calculation of the friction factor 33-35 3.3.2 Calculation of Nusselt number 35-37 3.4 CHAPTER SUMMARY 37-38 CHAPTER 4 COMPARISON BETWEEN SIMULATION AND EXPERIMENTAL RESULTS 38-49 4.1 EXPERIMENTAL FACILITIES 38-40 4.1.1 The test section 38-39 4.1.2 Pulsating mechanism 39-40 4.2 SIMULATION APPROACH 40-41 4.3 RESULTS AND INTERPRETATIONS 41-48 4.3.1 Flow fluctuation in non heated pipe 41-42 4.3.2 Flow fluctuation in heated pipe 42-46 4.3.3 Discussion 46-48 4.4 CHAPTER SUMMARY 48-49 CHAPTER 5 SIMULATION RESULTS FOR THE FLOW AND HEAT TRANSFER CHARACTERISTIC 49-63 5.1 INFLUENCE OF CHANGING PERIOD ON THE FLOW CHARACTERISTICS AND HEAT TRANSFER 49-52 5.1.1 Influence of changing period on the flow characteristics 49-51 5.1.2 Influence of changing period on the heat transfer coefficient 51-52 5.2 INFLUENCE OF CHANGING AMPLITUDE ON THE FLOW CHARACTERISTIC AND HEAT TRANSFER 52-55 5.2.1 Influence of the variation of the amplitude on the flow characteristics 53-54 5.2.2 Influence of the variation of the amplitude on the heat transfer 54-55 5.3 INFLUENCE OF CHANGING THE HEAT POWER ON THE FLOW CHARACTERISTIC 55-57 5.4 VELOCITY PROFILE 57-59 5.5 Temperature profile 59-62 5.6 CHAPTER SUMMARY 62-63 CONCLUSION 63-65 REFERENCES 65-68 ACKNOWLEDGMENT 68
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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 热力工程理论 > 传热学
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