本课题研究内容及方法
计划实施步骤：
1、确定物理模型，并生成高精度的网格模型 2、基于物理模型，建立数学模型即控制方程 （连续性方程、动量方程、能量方程）的建 立，根据不同区域特点给定边界条件，并进 行离散化生成代数方程 3、用Fortron语言编写速度场、温度场程序，并 在不同条件下进行计算 4、对数值结果进行处理、分析，得出结论。
实现换热 器的高效 紧凑就显 得尤其重 要
翅片管换 热器是在 实际使用 中应用最 广泛的换 热器
课题背景
大量的研究表明，强化传热必然伴随着流动 阻力的增加，同时当流体横掠圆管的时候会 在圆管后面形成一个分离涡区域。所以在增 强肋侧传热能力的同时消耗较少的空气流动 的功率一直是能源动力领域的国际前沿和挑 战性研究内容，而减少尾部回流区及强化圆 管尾部翅片表面传热就成了主要的技术难点。
Wang C C等人 对不同翅片间距 、不同管外径、 不同横向管间距 、不同管排数以 及不同翅片厚度 等49种开缝翅片 进行了较为全面 的试验研究
典型 成果
李红智等利用粒子图像测速和红外 成像技术对4排叉排圆弧型和X型开 缝翅片的流动和传热特性进行了可 视化研究。在试验的Reynolds数范 围内，得到了阻力和换热特性曲线 以及能反映流动和传热细节的流场 和温度场，为数值模拟和翅片结构 优化提供了可靠的实验依据。
王成刚等人利用Fluent软件 对四种四排管圆弧型开缝翅 片的传热性能和阻力特性进 行了模拟，在速度变化较大 范围内，得到了传热和阻力 特性曲线，在不同速度情况 下比较了不同宽度圆弧形开 缝翅片的综合换热性能。
研究不足之处
如上所述和已查到的文献来看对 间断环面圆弧型开缝翅片的研究从 传统的角度出发，通过比较宏观的 实验结果得出翅片阻力和换热性能 的优劣，但由于间断环面圆弧型开 缝翅片的结构复杂性，迄今对其局 部特性研究不是很充分，而且其传 热机理尚不是很清楚。
途径三
破坏并使边界层重新发展，改善二 次流强度，如开缝型翅片、锯齿型 翅片、穿孔翅片和百叶窗翅片等
Yun L Y和Lee K S等人研究了开 缝高度、开缝宽 度、开缝角度以 及开缝位置等设 计参数对翅片阻 力和换热性能的 影响,分析了影 响翅片阻力和换 热性能的因素。
姜国栋对间断环面开缝翅 片进行了萘升华比拟试验， 研究了3中不同板间距结 构情况下的传热与阻力特 性，并与相同条件下的圆 管光板翅片进行了对比。
本课题的目的和意义
研究目的：探索新型间断环面圆弧型开缝翅片 的 流动传热性能，重点在尾涡区和二次流方面
研究意义：获得新型间断环面圆弧型开缝强化 传热翅片流动与传热特性的基础数据，为翅片 的优化设计提供依据。
本课题准备解决的问题
翅片单元物理模型
周期性 对称性
本课题准备解决的问题
主要内容：
基于选定的物理模型，通 过生成精度较高的网格模 型，基于流体动力学、传 热学和热力学的基本理 论，利用Fortran语言进行 速度场和温度场程序编制 和调试，分析新型翅片的 流体流动特性和传热特 性，以及尾涡区、二次流 的特性，对主要参数的优 化提供依据。
主要程序及研究方法
确定物理模型及计算区域 网格模型生成
控制方程建立
给定边界条件
用无限插值法生成初始网格
在计算区域内进行离散化
用泊松方程调整网格， 生成正交性好精度较高的网格
完成数学模型及离散化
完成网格模型
编程进行速度和压力的偶合计算
结果处理分析
预期取得的成果
本课题基于前述研究工作基础上，研究间断 环面圆弧形开缝翅片强化传热的机理，分析 不同弧形对于流动、传热和阻力特性的影响 并分析其尾涡区和二次流的影响。采用数值 模拟的方法进一步优化该种翅片的传热能， 为翅片管换热器的设计与优化提供可靠的数 据。
硕士研究生论文开题报告
间断环面圆弧型开缝换 热器翅片空气侧特性的 数值研究
专业：流体机械及工程
报告内容
研究背景及意义 国内外研究进展及成果 本课题目的和意义
本课题的内容与目标
研究步骤与方法
时间安排
课题背景
能源危机加剧 换热器要求提高 开发新型翅 并列关系三 并列关了当前 世界性的 课题
国内外研究进展
对翅片管换热 器的研究主集 中在传热、流 动及防止结垢 方面。目的在 于强化传热的 同时避免过大 的流动阻力而 开发新型的、 更高效的传热 表面。
途径一
减小管翅式传热器的传热管的管径 尺寸、减小换热管管排的横向间距 和纵向间距等结构尺寸
途径二
改变翅片的形状，以改变流体流动 的湍流强度而不断改善流体的流动 方向等，如波纹翅片
时间安排
主要完成内容
查阅文献，收集资料，确定 研究方案，列出论文提纲 准备论文开题及答辩
划分网格，建立网格模型 完成数学模型，进行数值 计算与结果分析 论文初稿 论文修改、定稿，准备答辩
时间安排
2014.8～2014.10
2014.10～2014.11
2014.12～2015.2 2015.3～2015.8 2015.9～2015.12 2016.1～2016.5
主要参考文献
[1] Wang C C，Lee W S，Sheu W J. A comparative study of compact enhanced fin-and-tube heat exchangers. International. Journal of Heat and Mass Transfer,2001,44:3565-3573 [2] Du Y J ,Wang C C. An experimental study of the airside performance of the superslit finand-tube heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer ,2000,43:4475-4482 [3] Wang C C,Tao W H,Chang C J.An investigation of the airside performance of the slit finand-tube heat exchanger. International Journal of Refrigeration ,1999,22:595-603 [4] Yun J Y,Lee K S. Investigation of heat transfer characteristics on various kins of fin-andtube heat exchangers with interrupted surfaces. International Journal of Heat and Mass transfer ,1999,42:2375-2385 [5] 李红智，罗毓珊，王海军，等.圆弧型与X型开缝翅片空气侧流动与传热特性可视化试 验[J] ，化工学报，2008,59（8）：1936-1941. [6] 熊 伟，罗毓珊，王海军，等.二种开缝翅片特性的试验及数值模拟比较研究[J] ， 化工学报，2009,37（1）：11-14 [7] 姜国栋.间断环面槽肋片官束的传热和流动阻力[J] ，化工学报，2000,21（5） [8] 陶文铨编著. 数值传热学（第二版）[M], 西安：西安交通大学出版社，2001. [9] 吴峰，王秋旺，罗来勤.空气横掠波纹管束流动与传热特性的数值模拟 [J].工程热 物理学报.2003.24(91):109-111 [10] 曹泷 叉排圆管非对称间断环面槽换热器翅片传热特性的数值研究. 兰州：兰州交 通大学.硕士学位论文 [11] Balatka, K;Mochizuki,S;Mursata,A;Kobayashi,M Invetigation of flow behavior and heat transfer in tube and slit-fin heat exchangers [J].Flow Visualization and Image Processing 2000 7(2)89-101
本课题的目的和意义
换热器是一种常见的热能传递设备之一， 是提供不 同温度下发生热接触的两种或多种流体之间，或固 体表面与流体之间，或固体粒子与流体之间进行热 能交换过程的装置。 换热器也是出色的热交换载体，被广泛用于加工、 动力、运输、空调、制冷、低温、热量回收、替代 燃料和制造领域中。
如何改进和优化管翅片式换热器的性能，开发更紧 凑传热效率更高的换热器是本课题进行研究的目的 和意义所在。