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1、 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
2、 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。
3、 (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 0.6
4、524 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
5、 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 2.1
6、5862 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 5
7、9.618 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
8、－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
9、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
10、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
11、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
12、 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
13、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 0.23
14、47 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
15、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
16、 (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
17、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
18、 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
19、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
20、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
21、 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 6.3
22、9552 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 65.23
23、4 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
24、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
25、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
26、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
27、 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
28、 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 (
29、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 39
30、91.94 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 60
31、0.5 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
32、 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
33、 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
34、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
35、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 46
36、3.28 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
37、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.
38、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
39、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
40、 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
41、 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
42、 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
43、 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
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