熱能與動力工程專業(論文-資料下載頁

【導讀】樹狀分形結構是自然界中一種非常普遍的結構，具有很多的特有的運輸特性。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。級Y型管路，首先應用拉格朗日乘子法分析了不同流動狀態下的最優幾何參數。樹狀分形管路的泵功消耗低于平行通道冷卻系統。本文為流體樹狀管路的優化和設計提供了有益的參考。課題的背景與研究現狀---------------------------------------------1. 本文的主要工作---------------------------------------------------4. 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. 尋求最優的分岔角------------------------------------------------23. FLUENT建立多級Y型模型----------------------------------------29

　　

【正文】 ????? 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。這里表明了相鄰級別的努塞爾數值之比 ? ，在分形微通道和平行微通道內傳熱的重要性。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。特別是， ? 值越大，分形樹狀微通道的傳熱性能就越高。Ghodoossi，認為分形微通道不是最有利于傳 熱換熱的。他研究了在管長相等的情況下的傳熱特性，他認為，在微通道總管長相等的條件下，如果 1?? ，平行通道傳熱性能將優越于分形樹狀通道；反之，如果 1?? ，則分形樹狀的傳熱性能更好些。 3. T 型樹狀管路的水動力特性分析 分形樹狀管路中，對流換熱面積 iA ，可以定義如下： 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 43 iiii NLDA ?? （ 327） 結合（ 34）和（ 35）式可得： ii NLDA )(00 ???? （ 328） 代入（ 38）中可知分形樹狀管中總的換熱量 FQ ： TNNhLDTNLDhTAhAhAhQmmiimmF???????????????????????????1)(12)(2)(2100000001100 (329) 分形樹狀管路中，第 i個分支級別的支路的流量取決于： Oii QNQ 1? （ 330） 其中流量： 020024141VDQVDQ iii???? 代入式（ 327）中可得： 0211 VNV iii ??? ? （ 331） 分形樹狀微管的 i 級支管的壓力降為： 22, iiiiiF VDLfP ??? （ 332） 在微管管路中，摩擦系數是與雷諾數有關的函數，在經典的理論和相關的文獻中都有說明。在本文中，認為兩個連續分支 級別上的摩擦系數比為常數， 即： ???1iiff （ 333） 整理可得： 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 44 ii ff ?0? （ 334） 將式（ 328）代入式（ 329）可得： iiiiiiiiiFNPVDLfNP5202000052, 2??????????? (335) 則分型管中總的壓力降為： )(1)(12225215205200,??????????????? ??????????NNPNPPPmiiiimiiFF (336) 分形樹狀微管中的總的泵功消耗是由總流量和總的壓力降所共同決定的： FF PQP ?? 0 (337) 結合式（ 331）和流量關系式可得： )(1 )(121 521520020 ????????? ??? ???? NNPVDPmF （ 338） 現在我們要在總的傳熱量和傳熱系數都相等的情況下，討論平行微通道內的總的泵功 消耗能力。 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 。 總的泵水能力等于單個管道中的流量 0Q ，單根管路壓力降 1,P? 和管路總的數目n的乘積，即： nPQP PP ???? 1,0 （ 340） 平行通道內的傳熱量為： TnLDhQ p ?? )2( 000? (341) 因為傳熱量 FP ? ,且傳熱系數 0h 都相同結合式（ 329）整理可得： 江蘇科技大學本科畢業設計 (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） 、 管內的流動是層流 管內的流動為層流時，由式（ 318）可知層流狀態下相鄰級別的流道內的努塞爾數之比： ?? ?iiNuNu? 代入式（ 344）中： （ 1） ?? 時， 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 m取 5 時， 1515 ????? ??PFPP , 當 m取 6 時， 1616 ????? ??PFPP 。 （ 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 。 （ 3） ?? 時， 分形樹狀微通道與平 行微通道壓力降的比值為： 11152152)(1)(1???????????????????????mmmmPFPP 當 m取 5 時 , ?PFPP ,當 m取 6 時， ?PFPP 。 （ 4） 2?? 時， 分形樹狀微通道與平行微通道壓力降的比值為： 11152152)(1)(1???????????????????????mmmmPFPP 當 m取 5 時， ?PFPP ，當 m取 6 時， ?PFPP 。 、 管內的流動是湍流 （ 20200Re2020 ?? ） 管內的流動為湍流（ 20200Re2020 ?? ）時，由（ 321）可知湍流狀態下相鄰級別的努塞爾數值之比： ?? ?iiNuNu? 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 47 代回（ 344）中： （ 1） ?? 時， 整理可得： 11 ?????? mmPFPP 當 m=5 時， ?PFPP ，當 m=6 時， ?PFPP 。 （ 2） 1?? 時， 整理得： 11 ?????? mmPFPP 當 m=5 時， ?PFPP ,當 m=6時， ?PFPP 。 （ 3） ?? 時， 整理得： 11 ?????? mmPFPP 當 m=5 時， ?PFPP ，當 m=6 時， ?PFPP 。 （ 4） 2?? 時， 整理得： 11 ?????? mmPFPP 當 m=5 時， ?PFPP ，當 m=6 時， ?PFPP 。 、 管內流動是湍流（ 20200Re6000 ?? ） 管內的流動為湍流（ 20200Re6000 ?? ）時，由式（ 324）可知該湍流狀態下的相鄰級別的努塞爾數的比值為： 江蘇科技大學本科畢業設計 (論文 ) 48 ?? ?i iNuNu?