熱能與動力工程專業(論文）-全文預覽

　　

【正文】 011010000??????????????AVWXdAdVdWdXdAdVdWdXlAlVlWlXlAlVlWlX????? 代入上面的式中可得： ???????????????????????????????02c o sc o s020240)c o ss i n4s i n2(220s i n2410110511000500101210411120040????????????????lllddcllddclllddclddc 可以推出 : 3110 ??dd 61600 28 dcdc ??? ?? 代入上式中可得： ??????????????0)2s i ns i n(220s i n221014141114040?????lldcdcld cdc 移相相比得： 401101 )(22s ins in s in ddll l ?? ?? ? 整理下可得： 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 17 osc os22c os c os 312 ????? ???? ? 當 ? ?? 時，上式成立，即 ??? 時。P PP? 單管 內的流動損失基本上都是沿程損失。P? 為理論值。進出口類型， 圖 迭代 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 11 圖 層流 速度分布 圖 層流 速度矢量 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 12 圖 層流 壓力分布 層流狀態下的 ： 最大壓力 PaPMAX ? ， 最小壓力 PaPMIN ?? ， 壓力差 PaPPP M INM A X ???? 。同時本人在研究 FLUENT 計算的時候還發現，迭代必須得收斂以后才可以得出最后江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 10 的數值結論；如果迭代 中途停止，其結果也將偏差很大。 層流 狀態： 進口的速度 取： V= sm ，由 雷諾數計算公式?VD?Re得： 6 2 ????? ? ? 雷諾數 ： 2020Re0 ?? ，說明管內的流動是層流。 （ 2）局部能量損失 —— 發生在流動狀態急劇變化的急變流中的能量損失，主要是由管徑的變化引起的流體速度分布的急劇變化、微團的碰撞、漩渦造成的損失。 以上是理想狀態下的伯努利方程。 、 管內流動的一些基本概念 在重力作用下的不可壓縮理想流體的一維定常流動，由于沒有損失，流體的溫度和熱力學能不變；如果選取微元流管作為控制體，對微元面積積分便是被積函數本身，即： ?? 1121222222 pgzvpgzv ????? （ 21） 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 7 或 ????pgzv22 常數 （ 22） 這就是在不可壓縮理想流體一維定常絕能流動的能量方程，是由伯努利 1738 年提出的，稱為伯努利方程。其基本思路是 :將計算區域劃分為一系列不重復的控制體積，并使每個網格點周圍有一個控制體積，將待解的微分方程對每一個控制體積積分，便得出一組離散方程。 FLUENT 軟件可以采用三角形、四邊形、四面體、六面體及混合網格計算二維和三維流動問題，在計算過程中，網格可以自適應調整。 （ 4） TGrid用于從現有的邊界網格生成體網格。 FLUENT 是一個用于模擬和分析復雜幾何區域內的流動與傳熱現象的專 用軟件。 FLUENT 軟件在工業界和教育系統中，有 較高的市場占有率。 數值模擬由于其優越性，得到了越來越廣泛的應用。 、 FLUENT軟件簡介 隨著計算機技術不斷地發展和進步，計算流體動力學（ CFD）逐漸在流體力學的研究領域嶄露頭角。在不斷的建模分析對比中， 使 作者對FLUENT 軟件有了初步的了解 ，也為以后 FLUENT 軟件的應用打下了基礎。主要研究方法是通過 應用GAMBIT 建模， FLUENT 導入，進行研究管內流體的 流動換熱。 Y 型管路的優化分析，其目的在于尋找出管路的最佳參數； T 型管和平行管路的比較，其目的在于了解 T 型管路中的流動換熱狀況。主要是通過 FLUENT 軟件來模擬管路中的流動換熱。 因此 ，樹形結構還被應用于肋片的設計、燃料電池內部流道的布置等問題中。根據 Weibel 和 Mandlbrot ]6[ 的分析 ， 哺乳動物肺部支氣管分叉角大約為 65176。 一個樹由小樹苗長成參天大樹，一方面要盡可能的通過自己的根須在土地扎根，吸取土壤中的礦物質和水分；另一方面要 不停的伸展自己的枝葉，和太陽光進行光合作用獲取能量。盡管它們在不相同的生長環境 和用途下，它們在結構上都有一個共同的特點：呈分形樹狀分布。 與大部分觀點不同，Escher ]5[ 等 認為在流量恒定的情況下，平行管道的冷卻帶走的能量是分形管路的 4倍 之多 。 Silva ]2[ 和 Bejan ]3[ 等 根據圓形 電子芯片 的需求 ， 設計了樹狀結構逆流換熱器 ，如圖 所示。 在 80年代 ，Tuckerman 和 Pease ]1[ 首次將微通道蝕刻技術應用于電子芯片的冷卻，并對平行微通道散熱器進行了實驗研究，發現其散熱強度可高達 750W/cm2。(2)Under the premise of the overall heat transfer and heat transfer coefficients are equal, the pump power of fractal treelike channels is lower then the parallel channels cooling system. In this paper, the results can provide the useful reference for the channels design and optimal operation. Keywords: TreeLike； Fractal； Fluid Flow and Heat Transfer； optimal parameter；FLUENT. 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) V 目 錄 第一章 緒論 1 課題的背景與研究現狀 1 樹狀結構簡介 2 本文主要研究的內容和目標 4 本文的主要工作 4 第二章 樹狀管路的流動特性模擬 5 FLUENT 軟件簡介 5 管內流動的一些基本概念 6 單管流動狀況的計算驗證 8 二級 Y 型管路幾何要素優化 14 層流流動狀況 15 湍流光滑區 17 Y型樹狀管路的 FLUENT模擬優化 17 層流狀態下的 Y型管內流動 17 尋求最優的分岔角 23 FLUENT 建立多級 Y型模型 29 FLUENT建模分析四級 T型樹狀管路內的流動特性 31 第三章 樹狀分形結構水力特性 及熱力特性 34 T 型樹狀管的換熱特性分析 34 微通道內的流動為層流 39 微通 道內的流動為湍流（ 2020Re20200） 40 微通道內的流動為湍流（ 20200Re6000 ?? ） 41 T 型樹狀管路的水動力特性分析 42 管內的流動時層流 45 微通道內的流動為湍流（ 2020Re20200） 46 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) VI 微通道內的流動為湍流（ 20200Re6000 ?? ） 47 結語 51 致謝 52 參考文獻 53附錄 54 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 1 第一章 緒論 、 課題的背景 與研究現狀 近些年來， 隨著計算機集成化程度越來越高， 電子元器件日益微元化， 其中的熱問題變得非常突出 ， 今年的 晚會上惠普電腦被爆出計算機存在嚴重的散熱問題。 在論文第三章采用經驗公式方法分析了 N 級樹狀分形管路的流動換熱特性，并與平行通道冷卻系統進行了比較。 本文 第二章主要是應用 FLUENT 軟件模擬了 Y 型管內的流體流動狀況。 本文主要討論了樹狀分形結構的流動換熱特性。 最后模擬了四級 T型管路的流動狀態。 關鍵詞 : 樹狀 ； 分形 ；流動 換熱； 最優參數 ； FLUENT. 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) IV Abstract Fractal treelike structure is a very mon structure in nature,. with many transport properties. This paper discusses the characteristics of flow and transfer in the fractal treelike structure. The second chapter of this paper simulate the fluid flow of Yshaped channels. ,using FLUENT. For the two Yshaped channels, it discusses the geometric optimal parameters of different flows, through Lagranga multiplier method. Then, using FLUENT to establish threedimensional grid of the Yshaped channels. And find out the geometric optimal parameters, under local losing. Finally, we simulate the flow conditions in t