基于ANSYS的管道外自然对流换热系数的确定.pdf

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1、第44卷第11期Vo1．44．NO．112015年11月November．20i5基于ANSYS的管道外自然对流换热系数的确定程宇，张巨伟(辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001)摘要：管道在进行传质的过程中，需要计算温度梯度引起的热应力，以及管道温度场分布情况，但在管道外壁温度未知的情况下，仅通过自然对流换热经验关联式无法确定空气对流换热系数。基于传热学的理论，采用ANSYS软件进行结构热分析，提出一种精确确定管道外自然对流换热系数的方法。通过案例分析，把计算结果与实验结果相比较，确定了该方法的可行性。关键词：自然对流换热系数；ANSYS

2、；结构热分析中图分类号：TQ018文献标识码：A文章编号：1671—0460(2015)11—2720—03DeterminationofNaturalConvectionHeatTransferCoeficientOutsidePipeBasedonANSYSCHENGYu，ZHANGJu．wei(SchoolofMechanicalEngineering，LiaoningShihuaUniversity,LiaoningFushun113001，China)Abstract：Duringmasstransferinpipeline，itiSneed

3、edtoanalyzethethermalstresscausedbytemperaturegradientandthetemperaturefielddistributionofpipelines．However．ifthepipeouterwalltemperatureiSunknown．airconvectionheattransferC06fficientcannotbedeterminedonlybynaturalconvectionheattransferempiricalcorrelations．Sobasedonthetheoryofh

4、eattransfer，throughANSYSstrucmra1therma1analysis．amethOdtodeterminethenaturalconvectionheattransfercoeficientwasputforward．Throughthecaseanalysis．thecalculationresultswerecomparedwiththeexperimenta1resultstodeterminethefeasibilityofthemethod．Kevwords：Naturalconvectionheattransfe

5、rcoefficient；ANSYS：Structurethermalanalysis管道在传质的过程中，在热负荷的作用下管道(Gr．Pr)~=C2可能需要承受一定的热应力和发生一定的热变形=c@。。(ga(d0)3一Pr](△，)”。，所以非常有必要对管道进行结构热分析，采用式中：一对流换热系数，w／(m·qC)；ANSYS模拟管道所受热应力以及温度场分布时，需Gr一格拉晓夫数，表示自然对流中的驱动力，浮升力与粘性力之比：要输入流体温度和空气的对流换热系数作为边界条Pr一普朗特数，表示流体传递动量与传递热量的能力之比；件，然而不知道管道温度场分布情况

6、，无法确定流一流体的热导率，W／(mK)；体温度与管道壁面的温差值，仅通过自然对流换热一特征长度，水平管特征尺寸为管直径，m；g一重力加速度，m／s；经验关联式就无法确定空气的对流换热系数，所以，口一流体的力膨胀系数；文章提出一种基于ANSYS模拟确定空气的对流换v—运动粘度，m／s；热系数的方法。△r一流体与壁面的温差值，K；C，n一常数，依据Pr进行取值。l自然对流理论简介1．1自然对流的概念2管道外空气对流换热系数精度确定由于流体内部存在着温度差，使得各部分流体第一步：假设空气对流换热系数值，进行的密度不同，温度高的流体密度小，必然上升；温ANS

7、YS模拟，得到管道温度场分布图；第二步：把度低的流体密度大，必然下降，从而引起流体内部外壁温度值代人公式(1)，计算空气对流换热系数；的流动为自然对流。这种没有外部机械力的作用，第三步：把计算得到的空气对流换热系数与假设的仅仅靠流体内部温度差，而使流体流动从而产生的对流换热系数进行对比，确定误差是否在允许的范传热现象，称为自然对流传热。围之内，如果误差在允许的范围内，则模拟、分析1．2自然对流的计算公式结束，否则不断的迭代，直到误差小于l％，认为管道外空气自然对流计算公式为】：迭代收敛。第四步：把分析结果与试验结果相对比，收稿日期：2015-07—01

8、作者简介：程宇(1992一)，女，陕西大荔县人，硕士研究生，研究方向：石化设备结构安全性评价，