熱能與動(dòng)力工程專業(yè)(論文(專業(yè)版)

　　

【正文】 總的泵水能力等于單個(gè)管道中的流量 0Q ，單根管路壓力降 1,P? 和管路總的數(shù)目n的乘積，即： nPQP PP ???? 1,0 （ 340） 平行通道內(nèi)的傳熱量為： TnLDhQ p ?? )2( 000? (341) 因?yàn)閭鳠崃?FP ? ,且傳熱系數(shù) 0h 都相同結(jié)合式（ 329）整理可得： 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 45 ????NNnm????1 )(11 （ 342） 將上式代入式（ 340）得： ?????????NNPVDNNPQPmmPP??????????1)(1211)(11002011,0 （ 343） 式（ 338）與式（ 343）之比： 152152)(1 1)(1 )(1 ??????? ????? mmPF N NNNPP ??????? ??? （ 344） 、 管內(nèi)的流動(dòng)是層流 管內(nèi)的流動(dòng)為層流時(shí)，由式（ 318）可知層流狀態(tài)下相鄰級(jí)別的流道內(nèi)的努塞爾數(shù)之比： ?? ?iiNuNu? 代入式（ 344）中： （ 1） ?? 時(shí)， 分形樹狀微通道與平行微通道壓力降的比值為： 11152152152152)(1)(1)(1)(11)(1)(1????????????????????????????????????????mmmmmmPFNNNNPP?????????? 當(dāng) m取 5 時(shí)， 1515 ????? ??PFPP , 當(dāng) m取 6 時(shí)， 1616 ????? ??PFPP 。比較的前提是兩者的換熱面積相同。 速度矢量圖： 圖 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 32 壓力分布： 圖 由壓力分布圖可知，在分岔處，出現(xiàn)了較高的壓力，拐角部分還出現(xiàn)了漩渦。 29?? 176。 2 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 由此可以得出，在管徑比，管長比一定的條件下，流動(dòng)狀態(tài)為層流時(shí)，分岔角約在 37176。、 176。 2 45176。時(shí)， paP 7 7 5 3 7 2 0 ?? 。 （ 8） 顯示流體內(nèi)的流動(dòng)狀況。通過一系列的摸索，探討出了重新定義坐標(biāo)系，建立三維模型的方法，如下： （ 1） 建立 Y 型的中心線軸， （ 2） 在中心線軸的 分岔的末 端建立新的坐標(biāo)系，以新的坐標(biāo)軸 創(chuàng)建出兩分支管1D ，使其相交，取 交集。 但是拉格朗日推導(dǎo)出的參數(shù)值是否 是 真實(shí)管路內(nèi)的 最佳參數(shù)呢？ Y 型樹狀管路的模型如下： 單根管道壓強(qiáng) /Pa 層流 湍流光滑區(qū) 經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)果 7538 FLUNET 結(jié)果 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 θ θ A l 0 l 1 B C O 管腔體積約束條件： )2(4 121020 ldldV ?? ? （ 210） 占地面積約束條件： ?? s in2)c o s( 110 lllA ??? （ 211） 在總管腔體積和占地面積一定的約束條件下， 應(yīng)用拉格朗日乘子法 。說明網(wǎng)格劃分的細(xì)密的確可以影響到最終的計(jì)算結(jié)果，但是不是最主要的因素。從積分區(qū)域的選取方法看來，有限體積法屬于加權(quán)剩余法中的子 區(qū)域法，從未知解的近似方法看來，有限體積法屬于采用局部近似的離散方法。 。從二維簡單的建模開始，慢慢的摸索總結(jié)，一直到三維模型的建立。 實(shí)際上，當(dāng)需要從空間中高 效率獲取或釋放能量或質(zhì)量時(shí)，又存在一定的材料限制（未填滿空間），都可考慮采納樹形設(shè)計(jì)。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 圖 逆流換熱器 但是目前對(duì)于樹狀管路的冷卻系統(tǒng)性能還存在較大爭議 。 最后模擬了四級(jí) T型管路的流動(dòng)狀態(tài)。(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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) V 目 錄 第一章 緒論 1 課題的背景與研究現(xiàn)狀 1 樹狀結(jié)構(gòu)簡介 2 本文主要研究的內(nèi)容和目標(biāo) 4 本文的主要工作 4 第二章 樹狀管路的流動(dòng)特性模擬 5 FLUENT 軟件簡介 5 管內(nèi)流動(dòng)的一些基本概念 6 單管流動(dòng)狀況的計(jì)算驗(yàn)證 8 二級(jí) Y 型管路幾何要素優(yōu)化 14 層流流動(dòng)狀況 15 湍流光滑區(qū) 17 Y型樹狀管路的 FLUENT模擬優(yōu)化 17 層流狀態(tài)下的 Y型管內(nèi)流動(dòng) 17 尋求最優(yōu)的分岔角 23 FLUENT 建立多級(jí) Y型模型 29 FLUENT建模分析四級(jí) T型樹狀管路內(nèi)的流動(dòng)特性 31 第三章 樹狀分形結(jié)構(gòu)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(nèi)的流動(dòng)為層流 39 微通 道內(nèi)的流動(dòng)為湍流（ 2020Re20200） 40 微通道內(nèi)的流動(dòng)為湍流（ 20200Re6000 ?? ） 41 T 型樹狀管路的水動(dòng)力特性分析 42 管內(nèi)的流動(dòng)時(shí)層流 45 微通道內(nèi)的流動(dòng)為湍流（ 2020Re20200） 46 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) VI 微通道內(nèi)的流動(dòng)為湍流（ 20200Re6000 ?? ） 47 結(jié)語 51 致謝 52 參考文獻(xiàn) 53附錄 54 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 第一章 緒論 、 課題的背景 與研究現(xiàn)狀 近些年來， 隨著計(jì)算機(jī)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(huì)上惠普電腦被爆出計(jì)算機(jī)存在嚴(yán)重的散熱問題。盡管它們?cè)诓幌嗤纳L環(huán)境 和用途下，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：呈分形樹狀分布。主要是通過 FLUENT 軟件來模擬管路中的流動(dòng)換熱。 、 FLUENT軟件簡介 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷地發(fā)展和進(jìn)步，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（ CFD）逐漸在流體力學(xué)的研究領(lǐng)域嶄露頭角。 （ 4） TGrid用于從現(xiàn)有的邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格。 以上是理想狀態(tài)下的伯努利方程。進(jìn)出口類型， 圖 迭代 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 圖 層流 速度分布 圖 層流 速度矢量 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 圖 層流 壓力分布 層流狀態(tài)下的 ： 最大壓力 PaPMAX ? ， 最小壓力 PaPMIN ?? ， 壓力差 PaPPP M INM A X ???? 。 時(shí)，由 （ 211）和（ 212）計(jì)算可以得： mmLmmL ,44 10 ?? ， 10 ?LL 。 （ 6） 合并所有的 ，使其形成一個(gè)整體。 （ 3） 40?? 176。下面將在FLUENT 軟件應(yīng)用下，模擬真實(shí)的層流管內(nèi)流動(dòng)尋找真實(shí)的最佳分叉角和管徑比。 由此可以得出： 在當(dāng)管長比一定，分岔角也一定， FLUENT 模擬出的最佳的 管徑比 10 DD 和 理論推導(dǎo)出來的值 相比 略小些。 時(shí)， FLUENT 計(jì)算結(jié)果： 壓力降： PaP 8 2 9 7 2 3 6 7..43?? ?? 176。、 176。時(shí)，進(jìn)出口的壓力差會(huì)達(dá)到最小值，即泵功消耗最小。 本文中 T 型管路的模型是由上下兩層分形樹狀微管路組成的模型，這兩個(gè)樹狀微管路具有相同的分支級(jí)別和相同的分形維數(shù)，其他的特征量均相同。 Choi ]14[ (1991)推薦了下列關(guān)系： 通道層流流動(dòng)（ Re2020） : 3/ PrRe0 0 0 9 7 ?Nu （ 315） 微通道湍流流動(dòng)（ 2020Re20200） : 3/ ???Nu （ 316） Yu ]15[ (1995)推薦了下列關(guān)系： 微通道湍流流動(dòng)（ 6000Re20200） : 3/ PrRe0 0 0 ?Nu （ 317） 下面就以上述準(zhǔn)則關(guān)系式估算各級(jí)努塞爾特?cái)?shù)之比 ? 。 （ 2） 1?? 時(shí)， 整理得： 11 ?????? mmPFPP 當(dāng) m=5 時(shí)， ?PFPP ,當(dāng) m=6時(shí)， ?PFPP 。Ghodoossi，認(rèn)為分形微通道不是最有利于傳 熱換熱的。 這樣可由上式算得： 311???????? 而由式 (31)與式 （ 32） 可得： ii LL ?0? （ 34） ii DD ?0? （ 35） 各流道內(nèi)的努塞爾特?cái)?shù) Nu 與對(duì)流換熱系數(shù)之間的關(guān)系是： ?iii