《基于FLUENT软件矿井空气加热器管束流场对比分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于FLUENT软件矿井空气加热器管束流场对比分析（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、SerialNo. 487November. 2009C MORDENMINING94872009M1111张晓玲, 277600山东省济宁市。基于FLUENT软件矿井空气加热器管束流场对比分析张晓玲(8gK3) 李 坚(Sv)K 1:PFluentqF555E,smOm,N$,5s。TVMY/,515(,ul,E,rTz,F!94I。1oM:;bF;5;ms|:TD727+. 4 DSM:A cI|: 167426082(2009)1120060203Flow Field Compar ison and Analysis of Coa lM ine Air H eater w ith Dif
2、ferentTube Bundles Based onFLUENT SoftwareZhangXiaoling1 LiJian2(1. SanhekouMining IndustryCo. Ltd; 2. PowerDepartmen,t SchoolofMechatronicEngineering, ChinaUniversi2ty ofMiningandTechnology)Abstract: The flow field ofthree tubesofround tubeand elliptic tube forcoalmine heater is simula2ted byFluent
3、software and thevelocitydistribution chartand the velocityvectograph are gained. Based onthis, heat convection oftubebundle isanalyzed. The results indicate thatthe flow fieldofelliptic tube ismore even than thatofround tube, the eddy zone in elliptic tube is smaller than thatofround tube, theflow r
4、esistance in elliptic tube is lower than thatofround tube, and heatconvection effectofelliptic tubeisbetter than thatof round tube in the same flow area. Itgives a reference tooptimization design of theheater.K eywords: Coalmine; Airheater; Elliptic tube bundle; Flow field矿井空气调节是改善矿内气候条件的主要技术措施之一。在冬
5、季寒冷地区,当井筒入风温度低于2e时,需要对井口空气进行预热,常用的设备是矿井空气加热器。圆管式空气加热器因其换热效果好、制造工艺简单,故目前普遍应用。与圆管相比,椭圆管具有气动特性好,绕流阻力低,在横截面积相等的情况下传热周边长。有传热和结构紧凑的特点 1, 2。尽管人们对横掠椭圆管的换热及流动特性很早就进行过研究,但由于椭圆管制造困难及承压能力较低,在工程上并没有得到广泛应用。近年来随着对节能工作的日益重视及制造工艺水平的不断提高,椭圆管及其它低阻力管形又重新引起了工业界的兴趣,椭圆管换热器的研究开发日益受到人们的重视。国内外许多专家针对椭圆管换热开展了不同程度的研究。计算机模拟在近年来流
6、体计算领域占有不可动摇的地位,尤其是在几何模型和网格生成,数值计算,湍流模拟等方面都有重大进展,应用范围也日益广泛。在众多的CFD分析软件中, Fluent以其丰富的物理模型,先进的数值方法,强大的前后处理功能受到青睐。笔者利用该软件对圆管和椭圆管束的矿井空气加热器流场进行了数值模拟,为矿井加热器的优化提供参考。1 #1. 1 模型假设流动介质为空气,物性参数为常数,在本实验条件下为不可压缩的定常流动;流动是二维的;粘性耗散产生的耗散热忽略不计。1. 2 物理模型为了便于比较椭圆与圆管的流动特性,故设置60了三组管束组合,见图1m1 5Uim(1)第一组。半径r=5mm的3 3顺排圆管管束,水
7、平和竖直方向的管间距均为20mm。(2)第二组。短轴b1= 5mm,长轴a1 = 10mm的3 3顺排椭圆管束,水平和竖直方向的管间距分别为30mm和20mm。(3)第三组。短轴b2= 3. 54mm,长轴a2= 7. 07mm的3 3顺排椭圆管束,其水平和竖直方向的管间距分别为30mm和20mm。组合的目的是通过对过流面积相同的第一组、第二组以及管横截面积相同的第一组第三组进行比较,研究其流场特性。1. 3 控制方程质量守恒方程:5u5x+5v5y= 0,式中, u、v分别为x和y方向上的速度。动量守恒方程:u 5u5x+ v 5u5x= - 1Q 5p5x+ T 52u5x2 +52u5y
8、2 ,u 5u5x+ v 5u5x= - 1Q 5p5x+ T 52v5x2+52v5y2 ,式中, p为压力; Q为流体密度; T为动力粘度。能量守恒方程:u 5t5x+ v 5t5y= a 52 t5x2 +52 t5y2 ,式中, a为热扩散率; t为温度。2 s#HHq数值模拟采用Fluent商业软件,并且使用Gam2bit前处理软件建立物理模型并对其进行网格划分。采用非结构化的三角形网格,并在管四周加密。见图2。m2 s利用Fluent软件读入网格信息,湍流模型采用标准k2E模型,压力速度耦合采用Simple算法。边界条件如下:进口为速度入口v= 10m/s,出口为出流边界条件,其余
9、为壁面条件。3 ET#s通过Fluent软件进行迭代求解,在600次左右时结果收敛。速度场云图如图3图5所示。从模拟结果中可以看出,图3中对于第一组33的圆管,圆管的背风面出现了一个低速区域,速度由来流的10m/s降低至1m/s左右,而迎风面积相同的第二组3 3椭圆管则没有出现大面积的速度降低区域。这是由于椭圆比圆柱更接近流线型,尾部产生的涡流区较圆柱小。横截面面积与圆管相同的第三组则由于长短轴都小于第二组,流场更加的均匀。对比圆管与椭圆管束的速度矢量图(图6)可以发现,圆管(a)的尾部产生了两个漩涡区,造成了较大的速度损失,而椭圆管(b)的尾部漩涡区要小的多。这就印证了流场中椭圆管束的过流速
10、度要比圆管的速度均匀。从而可以在相同来流速度下,椭圆管束的阻力更小,更易增加多排管束提高换热能力。61fk* T:FLUENTqbF51s 2009M1111m6 Om4 (1)总的来讲,从流体分离点位置和边界层发展来看,椭圆管外的平均换热效果优于圆管,由于椭圆近似于流线型,流体外掠时阻力较小,在允许相同的流动阻力下可提高流速,因而外部传热也可以得到强化,换热器性能得以提升。(2)椭圆管外部流动特性好。当流体沿椭圆长轴方向横掠时,相对椭圆管分离点后移,无疑在分离区内由于卡门涡街造成的流动损失会大大减小。(3)椭圆管所制成的换热器结构紧凑,即在相同的通流面积下椭圆管束传热周边长,换热面积也相应增
11、加,结构上也允许布置得更紧凑,使单位体积的换热量增加。 I D: 1 G. Stanescu, A. J. Flowler, The optimal spacing of cylinders infree- stream cross- flow forced convection J. Int. J. HeatMassTransfer. 1996, 39(2), 311 317.2 R. S. Matos, J. V. C. Vargas, T.A. Laursen, Optimization studyand heat transfer comparison of staggered cir
12、cle and elliptic tubesin forced convection J. Int. J. HeatMassTransfer. 2001( 44),3953 3961.3 +.98s) CFDqM.,bv, 2004. 3.4 .98M.q,S/v,2004.5 b. FLUENT-8_9LM.,v, 2004. 6.6 W,(.M., 2002,12.(l2009209223)#信息平台#2009年前三季度我国固体矿产勘查情况2009年前三季度,我国固体矿产勘查投入大约195亿元,同比增长10%,全国地质找矿陆续取得一些突破性进展。国土资源部部长徐绍史在此间的2009中国国际
13、矿业大会上说,矿业是经济社会可持续发展的支撑和保障。改革开放以来,中国矿业通过融入世界矿业,有力推动了自身的改革和发展,不仅是中国经济蓬勃发展的重要动力之一,而且已经成为世界矿业发展的重要力量。尤其是近年来,我国公益性地质矿产调查力度进一步加大,矿产勘查投资主体日益多元化,各方面的投入大幅度增加,矿产勘查取得一批重要发现,矿业产值快速增长,矿产品贸易发展迅速,对外合作步伐日益加快,中国与全球矿业界合作的深度和广度取得了前所未有的进展。徐绍史说,在过去的一年里,面对不利的国际经济环境,中国政府及时调整宏观经济政策,采取积极的财政政策和适度宽松的货币政策;坚持当前与长远相结合,及时出台并不断完善保持经济平稳较快发展的一揽子计划,保增长、调结构、促改革、惠民生。经过努力,中国应对金融危机的政策措施取得了明显成效,经济运行呈现出企稳向好的良好势头。中国经济的企稳向好不仅有利于自身的发展,而且为世界经济的复苏做出了积极的贡献。面对矿产品价格大幅下跌,矿产勘查投入趋缓的形势,中国加大投入并积极带动社会投资,推动全国地质找矿工作。629487 C 2009M1111
