高效微通道平行流换热器翅片结构

分类号学号M201170593学校代码10487密级硕士学位论文高效微通道平行流换热器翅片结构参数研究设计学位申请人：成亮学科专业：机械工程指导教师：张国军教授黄禹副教授答辩日期：2013年5月16日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringStructuralParametersofRadiatingFinforHighlyEfficientMicro-channelParallelFlowHeatExchangerCandidate:ChengLiangMajor:MechanicalEngineeringSupervisor:Prof.ZhangGuojunAssoc.Prof.HuangYuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan，Hubei430074，P.R.ChinaMay.2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。华中科技大学硕士学位论文I摘要换热器是汽车空调和商用空调器产品的重要配套总成。微通道平行流换热器为板翅式换热器，与其他类型的换热器相比优势显著。其突出特点是环保、高效节能、节约材料降低成本。根据国内外研究结果表明，散热单元翅片的结构尺寸将对换热器的换热性能具有至关重要的影响，本文将对此进行研究。研究内容主要包括以下几个方面：首先，建立了翅片计算机模拟仿真模型。介绍了计算机辅助仿真分析方法和典型CFD软件FLUENT，对本文研究的高效微通道散热器所使用的百叶窗式翅片的结构及其参数进行了简要介绍，引入了翅片的数学物理模型和理论分析的数值计算方法，利用FLUENT软件对翅片给定某组参数进行了热力学数值分析。其次，采用Chang和Wang的实验关联式，以换热因子j和摩擦因子f作为比较指标，对比了计算机数值计算法和实验关联式的计算结果，验证了本文所用的计算机数值计算方法的有效性，最后以速度场分布情况为对象，对翅片工作区流场的特性进行了简要介绍。然后，采用控制变量法对单个翅片结构参数对换热性能影响进行了分析。最后，完成了翅片尺寸参数的优化设计。首先介绍了优化设计理论，而后设定了目标函数，采用求函数极值法确定最优化参数数值，最后用此方法对翅片结构参数进行了优化设计。关键词：换热器，百叶窗翅片，数值模拟，优化设计华中科技大学硕士学位论文IIAbstractTheheatexchangerisanimportantsupportingassemblyforautomotiveairconditioningandcommercialairconditionerproducts.Micro-channelparallelflowheatexchangerisaplate-finheatexchanger,whichhassignificantadvantagescomparedwithothertypesofheatexchangers.Itsoutstandingfeaturesuchasenvironmentallyfriendly,energyefficient,savingmaterialandreducecosts.Domesticandinternationalstudieshaveshownthat,parametersofthestructureandsizeofthecoolingunitfinwillhaveacriticalinfluenceonradiatorcooling.Thatiswhatdescribedinthisarticle.Thestudyincludesthefollowingaspects:Firstofall,modelofthefinsforcomputersimulationisestablished.Theconceptofcomputer-aidedsimulationanalysismethodandthetypicalCFDsoftwareFLUENTareintroduced.Fin'stheoreticalanalysisofnumericalmethodsandmathematicalmodeliselaborated.Andabriefinginshuttersfinsofhighlyefficientmicro-channelheatexchangerisgiven.Thenfin'sthermodynamicnumericalanalysisbyFLUENTusingasetofspecificparametersisaccomplished.Secondly,verificationofthecalculationmethodiscomplied.ChangandWang'sexperimentalcorrelationsareemployed.AndtheeffectivenessofcomputernumericalmethodsisverifiedbyusingColburnfactorjandfrictionfactorfascomparativeindicatorsandcomparingcomputernumericalcalculationandthecalculationresultsoftheexperimentalcorrelations.Thenabriefintroductiononthefin'sworkareaflowfieldcharacteristicsisdrawbydemonstratingthedistributionofvelocityfieldoftheflowfield.Andthen,theanalysisoftheaffectionoffin'sstructureparametersontheheattransferperformancebycontrolvariablemethodiscarriedout.华中科技大学硕士学位论文IIIFinally,optimaldesignoffindimensionparameters.Optimizationanalysismethodisintroduced.Andtheobjectivefunctionissetuptofindouttheoptimalparametervaluesbyextremevaluemethod.Thenthefin'stwoimportantstructureparametersareoptimizedbyusingthismethod.Keywords：heatexchanger,louverfin,numericalsimulation,optimizationdesign华中科技大学硕士学位论文IV目录摘要.....................................................................................................IAbstract..................................................................................................II1绪论1.1课题研究背景...............................................................................(1)1.2课题研究意义...............................................................................(4)1.3国内外研究状况...........................................................................(5)1.4研究内容和章节安排....................................................................(7)2基于FLUENT软件的翅片性能模拟仿真2.1计算机辅助仿真及FLUENT软件简介.......................................(9)2.2翅片数值模拟的理论基础..........................................................(11)2.3翅片结构分析.............................................................................(12)2.4运用FLUENT软件对翅片进行数值分析.................................(14)2.5本章小结.....................................................................................(19)3翅片仿真结果分析3.1主要换热性能指标......................................................................(20)3.2仿真结果准确性分析..................................................................(22)3.3空气流场的速度特性..................................................................(27)3.4本章小结.....................................................................................(30)华中科技大学硕士学位论文V4翅片结构尺寸的性能分析4.1翅片间距的影响.........................................................................(31)4.2翅片高度的影响.........................................................................(32)4.3百叶窗间距的影响......................................................................(33)4.4本章小结.....................................................................................(34)5翅片结构参数优化设计5.1优化设计概述.........................