螺旋管道内的流动阻力和传热性能研究

论文摘要

螺旋管道是一种特殊的管道,优点是结构紧凑,换热效率高、污垢热阻小和易于加工等,新型环保制冷剂R-134a无论作为纯制冷剂还是和其它物质混合形成混合制冷剂,在空调和中温制冷系统以及新制冷设备中均具有良好的性能。为了实现螺旋管道设计变量与编程语言相结合的参数化设计,利用Visual Basic6.0编程对SolidWorks2007进行二次开发。结合实例阐述了螺旋管道参数化设计的思想、技术要点和流程,开展不同结构参数螺旋管道的设计与分析。选取的模拟软件是CosmosFloworks,它采用的模拟模型是螺旋管道本身,这是传统模拟软件无法比拟的优势。流动阻力系数采用的长度为螺旋管道轴向实际长度,不是传统的当量长度,对于大螺旋升角的情况更符合工程实际。运用CosmosFloworks对螺旋管道流阻特性和传热性能进行有限元分析,并且对异型螺旋管道进行了研究。VB与SolidWorks相结合的参数化设计,一方面简化了设计过程,提高了工作效率,另一方面获得的螺旋管道内流动阻力特性和传热特性数据对螺旋管道及其它类似零部件的设计与生产具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景意义
• 1.2 SolidWorks及流体插件CosmosFloworks
• 1.2.1 SolidWorks简介与选取
• 1.2.2 计算流体力学
• 1.2.3 CosmosFloworks简介
• 1.3 CAD发展过程与VB参数化设计
• 1.3.1 CAD发展过程
• 1.3.2 VB的选择及二次开发
• 1.3.3 参数化设计
• 1.3.4 参数化设计的基本方法与界面设置
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 螺旋管道流体流阻特性研究现状
• 1.4.2 螺旋管道流体传热特性研究现状
• 1.5 课题研究目的和主要内容
• 第2章 管道内壁流动阻力分析
• 2.1 圆柱绕流产生的机理
• 2.2 涡致振动简介及控制方法
• 2.3 研究模型的建立和选取
• 2.3.1 圆柱体高度对流动特性的影响
• 2.3.2 圆柱体间距对流动特性的影响
• 2.3.3 圆柱体高度与间距比对流动特性的影响
• 2.3.4 圆柱体高度与间距比数值对流动特性的影响
• 2.4 不同结构凸台流体特性的比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 螺旋管道参数化设计
• 3.1 螺旋管道参数化设计及流程
• 3.2 螺旋管道三维实体建模
• 3.3 用户访问界面的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 螺旋管道内流动阻力公式的修正
• 4.1 流体类型简介
• 4.1.1 流体类型分类
• 4.1.2 直管内流体的力平衡
• 4.1.3 紊流时的滞流内层和缓冲层
• 4.2 流体阻力特性
• 4.3 流体阻力系数数值模拟
• 4.3.1 雷诺数计算与R-134a性能
• 4.3.2 流体软件CosmosFlorks使用流程
• 4.3.3 螺旋管道物理和数学模型的建立与边界条件的定义
• 4.3.4 数值模拟流程
• 4.3.5 流体阻力系数理论值与数值模拟值比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 螺旋管道流动特性分析
• 5.1 曲率半径、螺距对螺旋管道压强损失及阻力系数的影响
• 5.2 入口速度对阻力系数的影响
• 5.3 不同曲率半径、管径比值下的压强损失、剪切力及阻力系数
• 5.4 圆形和矩形截面螺旋管道流阻性能比较
• 5.5 不同速度下直管和螺旋管道流阻性能比较
• 5.6 螺旋管道内流体压强分布和速度分布
• 5.7 本章小结
• 第6章 异型螺旋管道流动特性分析
• 6.1 变螺距螺旋管道与均匀螺旋管道流阻性比较
• 6.2 变横截面螺旋管道与均匀螺旋管道流阻性比较
• 6.3 变曲率半径螺旋管道与均匀螺旋管道流阻性比较
• 6.4 直管螺旋混合管道与均匀螺旋管道流阻性比较
• 6.5 本章小结
• 第7章 螺旋管道流体传热特性分析
• 7.1 曲率半径和螺距对螺旋管道换热系数的影响
• 7.2 直管、圆形截面螺旋管道、矩形截面螺旋管道换热效率比较
• 7.3 不同放置方式对螺旋管道换热效率的影响
• 7.4 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 8.1 主要工作和结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录