熱能與動力工程專業(論文(存儲版)

　　

【正文】 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。 時，計算得： mmLmmL , 10 ?? ， 10 ?LL 。 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 19 （ 3） 在分支處建立又一新的坐標系，見一個立方體，并用立方體分割兩支管的結合體，并刪除多余部分。 運用 FLUENT 軟件進行計算 （ 1） 導入“ .msh”文件。 FLUENT 的計算結果 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 20 圖 網格劃分 圖 壓力分布 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 21 圖 中心線壓力分布 圖 管道內的速度分布 由 FLUENT 計算得到的結果： （ 1） 35?? 176。 由上面可以看出進出口的壓力有點偏差，不相等。 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 23 經比較發現，層流狀態下的壓力差隨角度變化很小 。同時由于管徑相差太大，也會導致局部損失的增大，也增加了泵功消耗，不利于節能。 2 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 24 （ 1）分岔角為 176。 2 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 26 生局部損失。時。 ?? 176。 附近時，壓力降存在著最低值，即泵功消耗最小， 最節省能源。為例，其壓力分布圖如： 圖 速度矢量圖： 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 28 圖 由速度矢量圖可以看到在分岔角附近會有漩渦現象，出現的漩渦可以提高 Y 型管的冷卻效率。 時， FLUENT 計算結果： 壓力降： PaP ?? 。 而 FLUENT 軟件則考慮了局部損失，使優化結果更加接近真實。符合真實的 T 型管中的壓力分布。模型如下： 圖 T 型管路模型 對于分形樹狀管路，在幾何要素（管長比和管徑比）上滿足下列特性： ???1iiLL （ 31） ???1iiDD （ 32） 而且樹狀管路的分岔數 N 與分形維數 LD 和 dD 的關系是 : dDN ??? dDN ??? （ 33） 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 35 N 是指單管分岔以后出現的管路數 ，對于上圖， N=2 。 對分形結構熱沉，總換熱面積為： ?? ?? mi iiiF ldA 1 22 ? 代入式（ 34）與式（ 35）可得： 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 38 ????? 21 )2(12 00 ??? mF ldA （ 312） 在換熱面積相同的前提下，因此對式（ 311）換熱面積 AP, 須滿足： FP AA ? 因此 ，式 (311)變為： TdlhQ mP ?????? ????? 21 )2(12 000 （ 313） 比較式（ 311）與式（ 313）可得： ???????? 21 21)2(1 )2(1 ?????? mmPF （ 314） 由前面已算得 : ?? ?? 如果 QF/QP1 時，說明分形通道熱沉比平行通道熱沉好，具有更高的換熱率；反之，平行通道熱沉比分形通道熱沉好。據 Ghodoossi的研究結果表明，當 ?? 時，平行微通道的傳熱性能比分形樹狀微通道的性能更好；而當 ?? 時，分形樹狀微通道則會具有更高的傳熱性能。 （ 2） 1?? 時， 分形樹狀微通道與平行微通道壓力降的比值為： 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 46 11152152)(1)(1???????????????????????mmmmPFPP 當 m取 5 時， ?PFPP ,當 m取 6 時， ?PFPP 。 （ 4） 2?? 時， 整理得： 11 ?????? mmPFPP 當 m=5 時， ?PFPP ，當 m=6 時， ?PFPP 。 在平行微通道內，各個單通道的壓力降為： 22200001, VDLfPP ??? （ 339） 這里平行微通道管路的每根管長等于 02L 。 、 微通道內的流動為層流 定管內流動是層流流動，采用 式 （ 315） 估算： 1111)()ReRe(??????????iiiiiiiiDVDVNuNu （ 318） 由質量流量關系： 121 ?? ii mm ?? (319) 而且： 2111244??? ??iiiiiiDVmDVm?????? 可得： 2211 2 1)(21 ??? ?? iii i DDVV （ 320） 代入式（ 318）中： )1()21()21()(2111????????????????iiiiiiDVDVNuNu 代回式（ 314）中： 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 40 )(1)(12121)2(1)2(1???????????????mmmmPF???????? 取分形微通道熱沉為 5 級，即 m=5： )(1)(155???????????????PF 、 微通道內的流動為湍流（ 20200Re2020 ?? ） 定管內的 流動為湍流流動，采用式（ 316）估算： 1111)()ReRe(??????????iiiiiiiiDVDVNuNu （ 321） 由質量流量的關系： 121 ?? ii mm ?? （ 322） 而且： 2111244??? ??iiiiiiDVmDVm?????? 可得： 2211 2 1)(21 ??? ?? iii i DDVV （ 323） 代入式（ 321）中： ) 1()2 1()2 1(21???????????iiNuNu 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 41 代回（ 314）式中： )(1)(12121)2(1)2(1????????????????mmmmPF???????? 取分形微通道熱沉為 5 級，即 m=5： 1 0 2 )(1)(155???????????????PF . 微通道內的流動為湍流（ 20200Re6000 ?? ） 定管內的流動為湍流流動，根據 Yu(1995)推薦了下列關系 ，采用式（ 317）估算： 1111)()ReRe(??????????iiiiiiiiDVDVNuNu （ 324） 由質量流量關系： 121 ?? ii mm ?? （ 325） 而且： 2111244??? ??iiiiiiDVmDVm?????? 可得： 2211 2 1)(21 ??? ?? iii i DDVV （ 326） 代入式（ 324）中： 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 42 5 6 ) 1()2 1()2 1(21???????????iiNuNu 代回式（ 314）中： )(1)(12121)2(1)2(1????????????????mmmmPF???????? 取分形微通道熱沉為 5級，即 m=5： 1 9 )(1)(155???????????????PF 對上述的結果進行比較，可知：當傳熱面積相同的情況下，隨著 ? 值的增大，PF 的比值也會隨之增大。 而對于平行微通道，總換熱率為： TAhQ PP ???? 0 （ 311） 圖 平行微通道 下面對平行微通道熱沉和分形微通道熱沉的性能進行比較。初始的流入口和出口在相反的 方向上，以保持冷卻液在層板中循環流動，確保冷卻統一冷卻。 40 2 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 30 （ a） 三級速度 分布 （ b） 四級速度 分布 （ c） 三級壓力分布 （ d） 四級壓力分布 （ e） 三級中心線壓力分布 （ f） 四級中心線壓力分布 圖 （ a） —（ f） 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 31 、 FLUENT 建模分析四級 T 型樹狀管路內的流動特性 速度分布： 圖 由圖可見，在每一級的分岔的地方，速度變化較急，速度由中心線向兩邊逐漸減小。 綜上，可以得出，在一定的約束條件下，為了得到最小的泵功消耗，真實的 Y型管路內管徑比 10 DD 小于拉格朗日優化法下的值，而分岔角 ? 也將小于拉格朗日優化法下的值。 時， FLUENT 計算結果： 壓力降： PaP ?? 。、 30176。 2 176。 37?? 176。37176。 2 176。 2 40176。這里的泵功消耗最低即：進出口壓力降 P? 最低。時， paP 5 5 5 6 6 1 1 ?? ； 45176。 （ 4） 45?? 176。 （ 7） 求解，迭代，直至收斂為止。 （ 8） 定義邊界條件。但是此方法建模也非常復雜，取點的量很大，也不利于快速建模，且網格劃分也存在著不對稱。 時，計算可得： mmLmmL , 10 ?? ， 10 ?LL 。 、 二級 Y型管路的幾何要素優化 在本章節中，本人首先通過拉格朗日乘子法和水頭的經驗公式，分析了在總管腔體積和總占地面積一定條件下的層流和湍流光滑區的最佳參數值。 39。后來進過本人的不斷的對網格劃分的密度的提高，發現其值不斷向理論值靠近，但是仍然存在著很大差值。 當管路處于水平 與管徑不變 時， 上式 可以簡化為： fhgpgp ?? ?? 21 （ 25） 管子兩端的壓力差： fghppp ????? 21 （ 26） 粘性流體在通道中流動時的能量損失有兩大類： （ 1）沿程能量損失 —— 發生在緩變流整個流程中的能量損失， 它 是由流體的粘 性 造成的損失。為了求出控制體積的積分，必須假定計算值