课程设计样本肋片强化传热设计.docx
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课程设计样本肋片强化传热设计
学生课程设计（论文）
题目肋片强化传热设计
学生姓名：
学号：
所在院（系）：
材料工程学院
专业：
材料科学与工程
班级：
材料科学与工程班
指导教师：
职称：
教授
年月日
学院教务处制
学院本科学生课程设计任务书
题 目
肋片强化传热
1、课程设计的目的
学会肋片强化传热原理，应用于工厂。
2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）
现在上级要求节能减排指标要提高20%，如果要将肋片管的散热量提高20%，试通过详细分析计算，设计一方案，满足上级要求，比如改变肋高、肋厚，或改变材质，等等。
3、主要参考文献
《传热学》《材料工艺与设备》
4、课程设计工作进度计划
课程设计工作进度计划：
第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。
17周，学生完成课程设计，上交作业。
指导教师（签字）
日期
年11月25日
教研室意见：
同意。
年12月1日
学生（签字）：
接受任务时间：
年12月12日
注：
任务书由指导教师填写。
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
题目名称
评分项目
分值
得分
评价内涵
工作
表现
20%
01
学习态度
6
遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。
02
科学实践、调研
7
通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。
03
课题工作量
7
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。
能力
水平
35%
04
综合运用知识的能力
10
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
05
应用文献的能力
5
能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。
06
设计（实验）能力，方案的设计能力
5
能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。
07
计算及计算机应用能力
5
具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。
08
对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）
10
具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。
成果
质量
45%
09
插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度
5
符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。
10
设计说明书（论文）质量
30
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。
11
创新
10
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
成绩
指导教师评语
指导教师签名：
年 月 日
本科课程设计
[肋片强化传热设计]
学生姓名：
学生学号：
院（系）：
材料工程学院
年级专业：
材料科学与工程
指导教师：
助理指导教师：
二〇**年十二月
摘要
随着工业的发展，换热器的使用越来越普遍，为提高其传热效率,增加经济效益，于是设计一方案，旨在增加肋片的散热量。
通过计算得出散热量，再由相关的公式计算出相应的参数：
将铝制的肋片制成厚度为0.8mm，然后将其表面清理干净，在肋片表层镀一层厚度为0.2mm的铜，并且将肋片顶端的形状制成向内凹的三角形状，假设镀膜后的表面传特系数为180
，肋片的导热系数为200
其它的肋片的参数不变。
镀膜采用离子镀的工艺，并要严格控制整个镀膜过程。
设计过程假设和分析，评价。
在计算散热量的时候是采用保守的原则，即按计算使得传热量的略偏少的数据进行计算，最后获得实际传热量比理论值大。
计算过程中，忽略镀膜过程中由于缺陷而产生的接触热阻，不过这种缺陷由于采用多弧离子镀这种工艺而变得较少。
关键词三角状，多弧离子镀，离子轰击
ABSTRACT
Withthedevelopmentofindustry,theuseofheatexchangerisbecomingmoreandmorecommon,toimprovetheheattransferefficiency,increasetheeconomicbenefit,anddesignascheme,aimedatincreasingthefin-rootheat.Thecalculationsofheat,thentherelatedformulatocalculatetherelevantparameters:
willthefin-rootaluminummadethicknessof0.8mm,andthenthecleansurface,inalayerofsurfacelayerfin-rootplatingthicknessof0.2mmcopper,andwillbeatthetopofthefin-rootmadeconcaveshapetothetriangleshape,hypothesisofthecoatedsurface,coefficientfor180,thefin-rootcoefficientofthermalconductivityfor200otherfin-rootparametersconstant.Coatingusingionplatingtechnology,andtostrictlycontrolthewholefilmcoatingprocess.Designprocesshypothesisandanalysis,evaluation.Inthecalculationofheatistheuseoftheprincipleofconservative,thatiscalculatedaccordingtothequantityofheatthattheslightlylessdatacalculation,andfinallygetrealpassquantityofheatthanthetheoreticalvalue.Intheprocessofcomputation,ignorecoatingprocesscausedbydefectsandofgenerationcontactheatresistance,butthedefectsduetotheionplatingthisprocessandarcbecomeless.
KeywordsTriangularshape,arcionplating,ionbombardment
摘要………………………………………………………………………………………I
ABSTRACT……………………………………………………………………………………I
1绪论……………………………………………………………………………………………3
2肋片强化传热设计过程..............................................4
2.1参数的设计...........................................4
2.1.1通过目标散热量计算最低传热系数............................................................4
2.1.2材质，以及肋片的肋高，肋厚的确定..........................................................5
2.2镀铜工艺.............................................................................................8
2.2.1工艺的选择依据...........................................................................................8
2.2.2工艺设计）...................................................8
3结论……………………………………………………………………………………………9
3.1计中采用的几个基本假设...............................................................9
3.2方案总结.....................................................................9
参考文献…………………………………………………………………………………………10
致谢………………………………………………………………………………………………11
1绪论
在经济日益全球化的的今天，为应付激烈的竞争，各国大力发展工业，能源消耗与日俱增，由此产生的问题也日益严重，特别是在用热能作为动力的行业，如何减少热量的损失和提高热能利用率成为人们关注和研究的问题。
为此，采用肋片强化传热成为那些换热器制造公司的基本设计思路。
工厂中经常要通过强化传热的方式提高热传导效率，采用肋片进行强化传热即是一种传统的有效方法。
某制造公司，为了进行强化传热，在外径为25mm的管子上装有铝制矩形剖面的环肋，肋高H=10mm，厚1.0mm，肋基温度为200℃,周围流体温度为25℃。
设铝的导热系数为λ=200w/（m.k），肋面的表面传热系数h=130w/m2.k，假设肋片管长1m，其上有300个肋片，肋片中心间距为3mm，两端留有安装段，如果既考虑肋片，又考虑管子基础表面散热，试分析计算该管的散热量。
现在上级要求节能减排指标要提高20%，如果要将肋片管的散热量提高20%，试通过详细分析计算，设计一方案，满足上级要求，比如改变肋高、肋厚，或改变材质，等等，以供公司参考。
2肋片强化传热设计过程
2.1参数的设计
2.1.1通过目标散热量计算最低传热系数
设计方案中要求比现有的散热量提高20%，现在的传热系数为120w/（
），计算后传热系数最小为156w/（
），计算过程如下：
解；假设：
（1）一维、稳态、常物性导热；
（2）肋片顶端的散热用增加半个肋片厚度的方法来考虑。
采用图
（2）的效率曲线计算：
从图
（1）查得
如果整个肋片处于肋基温度，一个肋片两面的散热量为：
单肋实际散热量为：
所以
如果仅改变表面传热系数则：
2.1.2材质，以及肋片的肋高，肋厚的确定
部分物质的热导率如下表，单位：
表1主要金属的导热系数
银
429
纯铝
237
纯铜
401
纯锌
112
碳化硅
490
钢
36~54
铸铁
42~90
铸铝
138~147
由以上的表可得，导热系数大的是银、铜、碳化硅。
但是银昂贵成本高，碳化硅一般作为结构陶瓷材料用，综合经济成本、重量、性能等因素考虑，得出采用铝合金作为肋片的基本材质，考虑到铜的导热系数几乎是纯铝的两倍，而且价格不是很贵，于是为提高表面传热系数，只将合金铝肋片的厚度制成0.9mm，其余的0.1mm是铜的镀膜层。
在强化传热是为增大传热面积，可把肋片的顶端制成向内凹的三角形槽，但是整个肋片的高度和厚度不变。
参数为：
管子外径25mm，肋高H=15mm，厚
=1.0mm，肋基温度为170摄氏度，周围流体的温度为25摄氏度，铝的导热系数200
，肋片的表面传热系数为180w/（
）
图1效率曲线
图2环肋结构尺寸
根据简图计算肋片的散热量：
解：
假设：
（1）一维、稳态、常物性导热；
（2）肋片顶端的散热量采用增加半个肋片的厚度来考虑;（3）膜层与铝表面之间无接触热阻。
采用图
（2）的效率曲线计算：
从图
（1）查得
如果整个肋片处于肋基温度，一个肋片两面的散热量为：
每个肋片的实际散热量为：
增加的散热百分含量为：
非肋片传热量为：
总的散热量为：
2.2镀铜工艺
2.2.1工艺的选择依据
为增强传热，所选工艺制造出的膜层有以下要求：
1）要求膜层的成分与靶材的一致，2）铜膜与铝的接触面的空隙极其的少，以便产生极少的接触热阻3）所镀的膜层的表面有细小的多孔层（可以强化传热），表面具有一定的粗糙度（对于单相介质，粗糙表面可以增强流体中的扰动与混合；对于沸腾，粗糙表面可以增加汽化核心），综合以上的要求，选择多弧离子镀的镀膜工艺在铝制肋片的表面镀铜膜比较合适。
2.2.2工艺设计
简化的工艺如下：
阴极由镀料靶材（铜）制成，电弧的引燃依靠引弧阳极（图中未表示）与阴极的触发。
弧光方电仅仅在靶材表面的一个或几个密集的弧斑处进行。
弧斑的直径只有0.01~100
，已高达100m/s的速率自发地在靶材表面移动。
弧斑的电流密度为100~1000A/
，温度高达8000~40000K。
于是弧斑所到之处，靶材迅速汽化，产生大量蒸汽喷出，其中还夹杂着液滴。
弧斑经过之后，在靶材表面留下细微的孔洞。
弧斑的移动使靶材均匀的消耗，尽管弧斑的温度很高，但是整个靶材由于加以水冷却，温度只有50~20摄氏度。
[2]
3结论
3.1设计中采用的几个基本假设
1）铜的膜层与铝之间全部连续接触，其间不存在接触热阻。
2）一维、稳态、常物性的导热，将肋片顶端制成凹槽后，肋片顶端的散热用增加半个肋片厚度的方法来考虑。
3）镀膜后肋片的表面温度也为肋基温度。
3.2方案总结
本方案主要采用改变肋片顶端的形状和在肋片上镀导热系数高的铜膜层来实现强化传热是可行的。
1）材料方面：
Cu的导热系数比Al大的多，肋片的主题要成分是Al，只有表面极薄的一层是Cu，在计算的时候采用较低的保守数据得出散热量增加了45..02%.
2）成本、收益方面：
整个肋片中铜的含量相对于铝是相当少的，虽然铜的市场价比铝昂贵，但是从从整个材料成本来说并没有增加多少，而且采用离子镀膜工艺的成本也较低，然而换热器会因散热效率的提高而价格上涨许多。
参考文献
[1]杨世铭、陶文铨编.传热学.北京：
高等教育出版社2006
[2]朱世富、赵北君编.材料制备科学与技术.北京：
高等教育出版社2006.
[3]石德珂编.材料科学基础北京：
机械工业出版社1999.5
[4]吴树森、柳玉起.材料成形原理北京：
机械工业出版社2008.1
致谢
这是入学以来第一次课程设计，非常感谢邹建新老师对我及全班同学的指导，也谢谢同组雷浩等同学的帮助。
在整个课程设计的过程中，遇到了一些问题，比如文档方面的，刘静宇同学给了不少帮助，雷浩同学在帮忙查阅资料方面也给了许多合理的建议，在此一并感谢，恳请各位老师及同学提出批评和建议。
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