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凹凸烟管传热与阻力性能计算报告书
1、 目的
获得凹凸管的传热与阻力性能特征，并比较同等条件下光管的传热与阻力特性，对凹凸管的性能有一个量的认识，具体需要获得以下数据：放热系数（或努谢尔特数）、沿程阻力系数（或压差）

2、 方法
采用CFD/NHT技术（计算流体力学及传热学）建立对象的流体力学和传热学微分方程，并对其进行数值化求解。

3、 计算对象描述
计算对象（凹凸管）是具有上下、左右对称的粗糙管，其具体结构如下图所示。

图0－1　　凹凸管整体结构示意图
因其对称性，故可取其1/4作为计算对象，其网格划分如下。

图0－2　　单节距1/4凹凸管示意图
4、 计算过程
为与光管性能进行比较，计算在充分发展条件下进行，并分别在给定速度范围内（5－25m/s）选取若干个速度点进行计算，流动介质为炉膛烟气。

5、 计算结果
图0－2为500℃时的速度分布示意图，其入口平均流速为15m/s，图0－3为凹凸管最大截面及最小截面处中心线上的速度分布

图0－3　　凹凸管中心及两端截面速度分布云图

图0－4　　凹凸管最大截面和最小截面处水平及垂直中心线上速度分布（1/4大小）
以下是计算所得的8组数据，分别为300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃及1000℃时的结果。

(一)、300度计算结果
(1)、原始数据
速度
（m/s）
雷诺数
壁面剪切应力
(凹凸管)
(Pa)
摩擦阻力系数
(凹凸管)

阻力系数
(凹凸管)

放热
系数
(凹凸管)（w/m2k）
努谢尔特数
(凹凸管)

单位管
长压降
(凹凸管)
(Pa/m)
5
4584.15
0.2452
0.03179
0.45519
54.1
46.95
70.21326
7.5
6876.23
0.445
0.0256
0.41406
66.18
57.43
143.70635
10
9168.3
0.6524
0.02115
0.37742
73.36
63.66
232.87071
12.5
11460.38
0.8988
0.01865
0.35467
80.13
69.53
341.92185
15
13752.46
1.1424
0.01646
0.33936
84.99
73.75
471.12074
17.5
16044.53
1.4162
0.01499
0.32833
86.65
75.19
620.40266
20
18336.61
1.7734
0.01437
0.31813
94.08
81.64
785.14538
22.5
20628.68
2.1844
0.01398
0.31279
99.29
86.16
977.02668
25
22920.76
2.68034
0.0139
0.30825
106.98
92.83
1188.6714
续表
壁面剪切应力(光管)
(Pa)
阻力系数
(光管)

放热
系数
(光管)（w/m2k）
努谢尔特数
(光管)

单位管长
压降(Pa/m)
放热系数之比
阻力系数之比
综合性能评价

0.0872
0.05381
25.06
21.75
8.389
2.15862
7.67284
1.37875
0.1686
0.04629
32.75
28.42
16.0732
2.02076
8.11414
1.27492
0.2725
0.04205
40.07
34.77
25.732
1.83089
8.1416
1.15427
0.3954
0.03906
46.97
40.76
37.022
1.70584
8.23549
1.07272
0.5393
0.037
53.004
46
51.117
1.60326
8.31925
1.00597
0.71
0.03579
59.618
51.73
67.92
1.45351
8.32193
0.91194
0.8998
0.03471
66.835
58
84.9
1.40759
8.31224
0.88336
1.1212
0.03409
74.395
64.56
108.4
1.33457
8.32244
0.83731
1.3585
0.03355
81.09
70.37
131.78
1.31917
8.33287
0.82742
(2)、数据处理
图1－1　两种管子的努谢尔特数　　　　　　图1－2　　两种管子的努谢尔特数之比

　　　图1－3　两种管子的阻力系数　　　　　　图1－4　　两种管子的阻力系数之比

　　　　　　图1－5　凹凸烟管的综合性能评价
(二)、400度计算结果
(1)、原始数据
速度
（m/s）
雷诺数
壁面剪切应力
(凹凸管)
(Pa)
摩擦阻力系数
(凹凸管)

阻力系数
(凹凸管)

放热
系数
(凹凸管)（w/m2k）
努谢尔特数
(凹凸管)

单位管
长压降
(凹凸管)
(Pa/m)
5
3477.92
0.2409
0.0367
0.44808
55.14
40.63
58.81
7.5
5216.88
0.4327
0.0293
0.40801
66.46
48.97
120.49
10
6955.84
0.66
0.02514
0.37244
76.88
56.65
195.53
12.5
8694.8
0.899
0.02192
0.35124
84.159
62.01
288.13
15
10433.75
1.1729
0.01986
0.33411
90.08
66.37
394.67
17.5
12172.71
1.426
0.01774
0.31635
94.621
69.72
508.63
20
13911.67
1.72813
0.01646
0.31123
99.93
73.63
653.59
22.5
15650.63
2.045
0.01539
0.30697
105.3
77.59
815.88
25
17389.59
2.4007
0.01466
0.29892
111.452
82.12
980.83

续表
壁面剪切应力(光管)
(Pa)
阻力系数
(光管)

放热
系数
(光管)（w/m2k）
努谢尔特数
(光管)

单位管长
压降(Pa/m)
放热系数之比
阻力系数之比
综合性能评价

0.08358
0.06067
23.95
17.65
8.307
2.30195
7.38587
1.48268
0.16153
0.0521
30.85
22.73
16.239
2.15444
7.83197
1.36988
0.2607
0.04729
37.37
27.54
26.276
2.05695
7.87633
1.30627
0.3821
0.04438
43.73
32.23
38.461
1.92404
7.9143
1.22057
0.5241
0.04224
49.99
36.83
52.578
1.80219
7.91021
1.1434
0.6854
0.04057
55.96
41.23
68.647
1.69102
7.79734
1.07627
0.8621
0.0391
61.53
45.34
86.361
1.62401
7.9609
1.02891
1.0528
0.03771
66.7
49.15
105.772
1.57863
8.13947
0.99529
1.253
0.03638
71.446
52.644
126.185
1.55996
8.21638
0.98149
(2)、数据处理
图2－1　两种管子的努谢尔特数　　　　　　图2－2　　两种管子的努谢尔特数之比

图2－3　两种管子的阻力系数　　　　　　图2－4　　两种管子的阻力系数之比

图2－5　凹凸烟管的综合性能评价

(三)、500度计算结果
(1)、原始数据
速度
（m/s）
雷诺数
壁面剪切应力
(凹凸管)
(Pa)
摩擦阻力系数
(凹凸管)

阻力系数
(凹凸管)

放热
系数
(凹凸管)（w/m2k）
努谢尔特数
(凹凸管)

单位管
长压降
(凹凸管)
(Pa/m)
5
2757.76
0.2347
0.04109
0.37759
56.71
36.31
43.14
7.5
4136.64
0.4197
0.03265
0.3631
67.51
43.22
93.34
10
5515.52
0.6488
0.02839
0.35158
77.37
49.54
160.67
12.5
6894.4
0.9175
0.0257
0.33153
88.07
56.39
236.73
15
8273.28
1.2083
0.0235
0.32226
96.46
61.76
331.36
17.5
9652.16
1.4942
0.02135
0.31215
102.87
65.86
436.88
20
11031.03
1.8011
0.01971
0.30654
106.65
68.28
560.36
22.5
12409.91
2.0746
0.01793
0.3011
110.79
70.93
696.61
25
13788.79
2.3581
0.01651
0.29189
113.16
72.45
833.7
续表
壁面剪切应力(光管)
(Pa)
阻力系数
(光管)

放热
系数
(光管)（w/m2k）
努谢尔特数
(光管)

单位管长
压降(Pa/m)
放热系数之比
阻力系数之比
综合性能评价

0.08061
0.06719
24.77
15.86
7.8
2.28941
5.61974
1.56598
0.1512
0.056
31.37
20.08
14.53
2.15239
6.48397
1.42665
0.2406
0.05014
37.77
24.18
22.95
2.0488
7.01148
1.33482
0.3466
0.04623
43.75
28.01
32.93
2.01321
7.47438
1.29331
0.4692
0.04346
49.67
31.8
44.28
1.94214
7.86221
1.23384
0.608
0.04138
55.37
35.45
57.17
1.85783
7.99329
1.176
0.7599
0.03959
60.88
38.98
71.09
1.75167
8.15737
1.10385
0.922
0.03795
66.83
42.79
83.82
1.65763
8.04747
1.04771
1.1051
0.03685
71.37
45.696
99.65
1.58548
7.82642
1.00827

(2)、数据处理

图3－1　两种管子的努谢尔特数　　　　　图3－2　　两种管子的努谢尔特数之比
图3－3　两种管子的阻力系数　　　　　　图3－4　　两种管子的阻力系数之比
图3－5　凹凸烟管的综合性能评价

(四)、600度计算结果
(1)、原始数据
速度
（m/s）
雷诺数
壁面剪切应力
(凹凸管)
(Pa)
摩擦阻力系数
(凹凸管)

阻力系数
(凹凸管)

放热
系数
(凹凸管)（w/m2k）
努谢尔特数
(凹凸管)

单位管
长压降
(凹凸管)
(Pa/m)
5
2244.063
0.2044
0.0477
0.39684
56.158
31.788
40.18
7.5
3366.09
0.406
0.02005
0.35424
66.218
37.482
80.7
10
4488.13
0.626
0.0309
0.34719
77.387
43.804
140.61
12.5
5610.16
0.8761
0.02769
0.33724
86.877
49.176
213.41
15
6732.19
1.1626
0.02552
0.33095
96.355
54.54
301.58
17.5
7854.22
1.4765
0.02381
0.32994
105.261
59.582
409.23
20
8976.25
1.7615
0.02175
0.32338
110.001
62.265
523.88
22.5
10098.28
2.0269
0.01977
0.31916
113.259
64.11
654.38
25
11220.32
2.3373
0.01847
0.30933
115.03
65.114
782.98
续表
壁面剪切应力(光管)
(Pa)
阻力系数
(光管)

放热
系数
(光管)（w/m2k）
努谢尔特数
(光管)

单位管长
压降(Pa/m)
放热系数之比
阻力系数之比
综合性能评价

0.04122
0.03877
10.69
6.05
4.26
5.25421
10.23536
3.14982
0.1465
0.06124
31.452
17.803
14.003
2.10538
5.78461
1.43097
0.2308
0.05429
37.167
21.037
22.17
2.08224
6.39552
1.38432
0.3275
0.04929
44.247
25.045
29.12
1.96351
6.84256
1.28613
0.4463
0.04664
48.422
27.409
42.47
1.98986
7.09545
1.29302
0.5666
0.0435
55.385
31.35
49.65
1.90054
7.58402
1.21703
0.7168
0.04214
59.37
33.605
66.8
1.85285
7.67436
1.1834
0.8684
0.04033
65.234
36.925
77.75
1.73622
7.91309
1.10146
1.0598
0.03988
68.188
38.597
101.42
1.68702
7.75715
1.07495
(2)、数据处理

图4－1　两种管子的努谢尔特数　　　　　图4－2　　两种管子的努谢尔特数之比

图4－3　两种管子的阻力系数　　　　　　图4－4　　两种管子的阻力系数之比
图4－5　凹凸烟管的综合性能评价

(五)、700度计算结果
(1)、原始数据
速度
（m/s）
雷诺数
壁面剪切应力
(凹凸管)
(Pa)
摩擦阻力系数
(凹凸管)

阻力系数
(凹凸管)

放热
系数
(凹凸管)（w/m2k）
努谢尔特数
(凹凸管)

单位管
长压降
(凹凸管)
(Pa/m)
5
1872.97
0.193
0.04254
0.36331
49.7
25.24
32.97
7.5
2809.46
0.4105
0.0402
0.35335
68.91
34.99
72.15
10
3745.95
0.6068
0.03343
0.34837
77.12
39.17
126.46
12.5
4682.43
0.8486
0.02992
0.34255
86.98
44.17
194.29
15
5618.92
1.1191
0.0274
0.33702
95.7
48.6
275.26
17.5
6555.41
1.4162
0.02548
0.33384
104.15
52.89
371.13
20
7491.9
1.7341
0.02389
0.32694
112.87
57.32
474.71
22.5
8428.38
2.0192
0.02197
0.32347
118.02
59.94
594.44
25
9364.86
2.3163
0.02042
0.3226
119.71
60.8
731.9
续表
壁面剪切应力(光管)
(Pa)
阻力系数
(光管)

放热
系数
(光管)（w/m2k）
努谢尔特数
(光管)

单位管长
压降(Pa/m)
放热系数之比
阻力系数之比
综合性能评价

0.0477
0.05005
12.26
6.22
5.11
4.05788
7.2592
2.62363
0.1425
0.06648
31.58
16.04
13.57
2.18142
5.31546
1.5105
0.2222
0.05829
36.87
18.72
21.29
2.09241
5.97702
1.41196
0.3177
0.05333
42.28
21.47
30.47
2.05729
6.42281
1.36646
0.4199
0.04895
49.22
24.995
36.53
1.94439
6.88462
1.27189
0.5495
0.04708
52.7
26.77
52.26
1.97572
7.09156
1.28399
0.6721
0.04409
59.48
30.21
58.25
1.89738
7.4159
1.22101
0.8213
0.04257
63.36
32.18
73.95
1.86265
7.59833
1.19226
1.0082
0.04232
65.03
33.03
100.59
1.84075
7.62306
1.17741
(2)、数据处理
图5－1　两种管子的努谢尔特数　　　　　图5－2　　两种管子的努谢尔特数之比

图5－3　两种管子的阻力系数　　　　　　图5－4　　两种管子的阻力系数之比

图5－5　凹凸烟管的综合性能评价
(六)、800度计算结果
(1)、原始数据
速度
（m/s）
雷诺数
壁面剪切应力
(凹凸管)
(Pa)
摩擦阻力系数
(凹凸管)

阻力系数
(凹凸管)

放热
系数
(凹凸管)（w/m2k）
努谢尔特数
(凹凸管)

单位管
长压降
(凹凸管)
(Pa/m)
5
1596.77
0.226
0.03765
0.55426
57.82
26.54
45.7262
7.5
2395.16
0.4098
0.03049
0.48531
71.79
32.95
90.085
10
3193.55
0.6213
0.02609
0.43956
82.66
37.94
145.0562
12.5
3991.94
0.8605
0.02313
0.41069
91.99
42.23
211.76
15
4790.32
1.1331
0.02102
0.40038
101.66
46.66
297.28
17.5
5588.71
1.4444
0.01981
0.38069
111.72
51.28
384.73
20
6387.1
1.7305
0.01789
0.37558
120.86
55.48
495.76
22.5
7185.48
2.0577
0.01699
0.35945
124.29
57.05
600.5
25
7983.87
2.3797
0.01588
0.35685
129.865
59.61
736
续表

壁面剪切应力(光管)
(Pa)
阻力系数
(光管)

放热
系数
(光管)（w/m2k）
努谢尔特数
(光管)

单位管长
压降(Pa/m)
放热系数之比
阻力系数之比
综合性能评价

0.07593
0.08767
14.51
6.66
8.25
3.98498
6.32208
2.65606
0.1398
0.07176
31.69
14.55
13.42
2.26461
6.76273
1.48719
0.2168
0.06257
37.45
17.19462
20.48
2.2065
7.025
1.43695
0.3072
0.05671
42.3
19.42142
29.235
2.1744
7.24132
1.40663
0.431
0.05529
48.06
22.06604
41.24
2.11456
7.24196
1.36789
0.5445
0.05129
55.04
25.27081
47.19
2.02922
7.42283
1.30558
0.6429
0.04638
60.57
27.80983
55.44
1.99498
8.09763
1.25921
0.7955
0.04535
64.89
29.79329
75.89
1.91486
7.92646
1.21434
0.9817
0.04533
67.98
31.21202
97.69
1.90984
7.87248
1.21298

(2)、数据处理
图6－1　两种管子的努谢尔特数　　　　　图6－2　　两种管子的努谢尔特数之比

图6－3　两种管子的阻力系数　　　　　　图6－4　　两种管子的阻力系数之比
图6－5　凹凸烟管的综合性能评价
(七)、900度计算结果
(1)、原始数据
速度
（m/s）
雷诺数
壁面剪切应力
(凹凸管)
(Pa)
摩擦阻力系数
(凹凸管)

阻力系数
(凹凸管)

放热
系数
(凹凸管)（w/m2k）
努谢尔特数
(凹凸管)

单位管
长压降
(凹凸管)
(Pa/m)
5
1377.05
0.1645
0.04371
0.34937
49.88
20.95
26.29
7.5
2065.57
0.4027
0.04757
0.50977
72.33
30.38
86.31
10
2754.1
0.6148
0.04085
0.46219
83.68
35.15
139.12
12.5
3442.62
0.8499
0.03614
0.42863
93.1
39.1
201.59
15
4131.15
1.1148
0.03292
0.4145
102.08
42.87
280.72
17.5
4819.67
1.4198
0.0308
0.39806
111.48
46.82
366.94
20
5508.2
1.7316
0.02876
0.38478
121.21
50.91
463.28
22.5
6196.72
2.0534
0.02695
0.39301
130.6
54.85
598.88
25
6885.25
2.4351
0.02589
0.37379
134.73
56.59
703.2
续表
壁面剪切应力(光管)
(Pa)
阻力系数
(光管)

放热
系数
(光管)（w/m2k）
努谢尔特数
(光管)

单位管长
压降(Pa/m)
放热系数之比
阻力系数之比
综合性能评价

0.04101
0.0519
14.05
5.901
3.77
3.55025
6.73096
2.3339
0.07956
0.04475
14.81
6.2202
8.51
4.88409
11.39085
2.85984
0.2113
0.06686
37.75
15.855
19.73
2.21697
6.91314
1.44887
0.2994
0.06062
42.19
17.7198
28.67
2.20657
7.07088
1.43494
0.3931
0.05529
48.58
20.4036
34.44
2.1011
7.49741
1.34886
0.5106
0.05276
53.62
22.5204
48.81
2.079
7.54453
1.33283
0.6179
0.04886
58.5
24.57
51.83
2.07204
7.8757
1.31587
0.7567
0.04729
65.09
27.3378
69.39
2.00638
8.31148
1.25917
0.9179
0.04647
69.3
29.106
91.63
1.94427
8.04435
1.22899
(2)、数据处理

图7－1　两种管子的努谢尔特数　　　　　图7－2　　两种管子的努谢尔特数之比

图7－3　两种管子的阻力系数　　　　　　图7－4　　两种管子的阻力系数之比

图7－5　凹凸烟管的综合性能评价
(八)、1000度计算结果
(1)、原始数据
速度
（m/s）
雷诺数
壁面剪切应力
(凹凸管)
(Pa)
摩擦阻力系数
(凹凸管)

阻力系数
(凹凸管)

放热
系数
(凹凸管)（w/m2k）
努谢尔特数
(凹凸管)

单位管
长压降
(凹凸管)
(Pa/m)
5
1193.18
0.1801
0.0526
0.416
51.01
19.66
28.6
7.5
1789.77
0.3943
0.05098
0.55505
72.5
27.94
85.86
10
2386.36
0.6063
0.0441
0.48447
84.23
32.46
133.23
12.5
2982.95
0.8393
0.03907
0.44777
93.99
36.22
192.4
15
3579.55
1.0997
0.03555
0.43045
102.833
39.62
266.34
17.5
4176.14
1.3955
0.03314
0.41278
111.53
42.98
347.64
20
4772.73
1.7092
0.03108
0.40087
121.02
46.64
440.96
22.5
5369.32
2.0621
0.02962
0.39513
131.36
50.62
550.09
25
5965.91
2.5089
0.0292
0.39186
135.05
52.04
673.51
续表
壁面剪切应力(光管)
(Pa)
阻力系数
(光管)

放热
系数
(光管)（w/m2k）
努谢尔特数
(光管)

单位管长
压降(Pa/m)
放热系数之比
阻力系数之比
综合性能评价

0.05638
0.0781
15.96
6.15
5.85
3.19612
5.32636
2.21212
0.08508
0.05238
15.97
6.15
9.09
4.53976
10.59626
2.70084
0.2072
0.07176
37.57
14.48
19.66
2.24195
6.75152
1.47285
0.2917
0.06465
42.74
16.47
27.36
2.19911
6.92561
1.43663
0.3811
0.05866
48.2
18.58
33.53
2.13346
7.33815
1.37612
0.493
0.05575
52.97
20.41
47.24
2.10553
7.4041
1.35543
0.5954
0.05155
57.62
22.20
50.25
2.10031
7.77642
1.33756
0.7313
0.05003
63.59
24.50
68.73
2.06573
7.89819
1.31105
0.8826
0.04891
65.64
25.29
87.53
2.05743
8.01253
1.30166
(2)、数据处理

图8－1　两种管子的努谢尔特数　　　　　图8－2　　两种管子的努谢尔特数之比
图8－3　两种管子的阻力系数　　　　　　图8－4　　两种管子的阻力系数之比

图8－5　凹凸烟管的综合性能评价