基于ANSYS的管道外自然对流换热系数的确定.pdf

第44卷第11期
代化工
Vo.44,No.1
2015年11月
Contemporary Chemical Industr
November. 2015
基于 ANSYS的管道外自然对流换热系数的确定
程字,张巨伟
(辽宁石油化T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;结构热分桫
中图分类号:TQ018
文献标识码:A
文章编号:1671-0460(2015)11-2720-03
Determination of Natural Convection Heat Transfer
Coefficient Outside Pipe Based on ANSYS
CHENG Yu, ZHANG. i-wei
School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China)
Abstract During mass transfer in pipeline, it is needed to analyze the thermal stress caused by temperature gradien
and the temperature field distribution of pipelines. However, if the pipe outer wall temperature is unknown, air
convection heat transfer coefficient can not be determined only by natural convection heat transfer empirical
correlations. So based on the theory of heat transfer, through ANSYS structural thermal analysis, a method to
determine the natural convection heat transfer coefficient was put forward. Through the case analysis, the calculation
results were compared with the experimental results to determine the feasibility of the method
Key words: Natural convection heat transfer coefficient; ANSYS; Structure thermal analysis
管道在传质的过稈中,在热负荷的作用下管道
可能需要承受一定的热应力和发生一定的热变形
d(( pr(ary (
2,所以非常有必要对管道进行结构热分析,采用
对流换热系数,W/(mn2℃);
ANSYS模拟管道所受热应力以及温度场分布时,需
格拉晓夫数,表示自然对流中的驱动力,浮升力与粘性力之
要输人流体温度和空气的对流换热系数作为边界条
比
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,无法确定流
λ一流体的热导率,WA(mK
体温度与管道壁面的温差值,仅通过自然对流换热
b-特征长度,水平管特征尺寸为管直径,m;
经验关联式就无法确定空气的对流换热系数,所以,
g一重力加速度,mu/s
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
一运动粘度,m2/s
热系数的方法。
r一流体与壁面的温差值,K;
C,n常数,依据GrPr进行取值。
1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 ANSYS模拟,得到管道温度场分布图;第步: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入公式(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1%,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
作者筒介:程宇(1992-),女,映西大莴兵人,项士研究生,研究方向:石化设备结构安全性评价,结构完整性及灾害预防。E-mail:776?223q.coma