负压低温板翅式换热器锯齿翅片性能的数值模拟研究

换热器在低温工况下的流动换热性能与常温工况下有明显差异.为分析负压低温工况下板翅式换热器关键结构参数对流动换热性能的影响,构建并完善了锯齿翅片通道内流动换热性能的数值模型.采用中心复合设计方法得到实验点并结合Kriging响应面方法,拟合得到了负压低温氦气在锯齿翅片通道内的流动传热关联式.研究结果表明:j因子与间距、厚...     

基于表面及迎风面改性的锯齿翅片强化传热研究

为了在提高锯齿型翅片散热器换热性能的同时尽量控制压降损失的增大，本文采用数值模拟的方法对锯齿型翅片性能进行研究，分析了不同翅片表面、迎风面结构及尺寸参数对传热Nu、流动压降损失Δp以及综合性能η的影响规律。结果表明：无论翅片表面设置何种形状凹槽和凸起对传热的影响差异较小，但圆形凹槽和凸起对压降损失的增加最少，综合性能最优。在翅片表面设置圆形凹槽和凸起的基础上继续将翅片两端迎风面改为圆形，可使传热提高的同时减小压降损失，综合性能最多提高12.2%。圆形凹槽和凸起尺寸R=0.15 mm时，传热和压降损失的平衡达到最佳，与传统锯齿型翅片相比，平均压降损失基本不变，传热和综合性能平均提高均为8.7%。     

板翅式换热器板翅结构强度影响因素分析

为了提高不锈钢板翅式换热器的承压能力,利用有限元软件ANSYS,对不锈钢锯齿型板翅结构进行强度分析,讨论了翅距、翅厚、节距、翅高、翅片形成半径及压差等对翅片强度及安全性能的影响.计算结果表明,由于焊缝和锯齿型翅片几何结构的综合影响,焊缝和两排翅片连接处成为受力薄弱环节.翅距、翅厚、压差是影响翅片强度的重要因素,翅距减小,翅厚增大,翅片内外通道压差减小时,翅片的承压能力越强安全性能越好;翅高、翅片节距、翅片加工尺寸对翅片的安全性能影响较小.     

板翅式换热器翅片表面性能的试验研究

高效、紧凑板翅式换热器已在许多工业领域中得到广泛地应用。为给设计提供基本数据,我们进行了三种翅式形式(据齿形、开孔形及平直形)的七种翅片表面的试验研究,得出了传热因子j和摩擦因子f相对于雷诺数R_e的试验曲线。采用了由Soland等人提出的翅片表面性能的比较方法,对所试验的表面性能作了评价及比较。本文还对改进翅片表面性能的方法作了讨论。     

百叶窗翅片的传热与阻力性能试验关联式

在风洞试验台上对20种不同结构参数的扁管百叶窗翅片进行了传热和流动阻力性能试验,分析比较了翅片间距和翅片高度对其表面对流换热系数和空气阻力性能的影响。同时通过对20种不同结构参数百叶窗翅片的336个试验数据点进行多元回归和F显著性检验,获得了j因子和f因子的经验关联式。在ReLp=200～3000范围内,j和f因子经验关联式拟合的最大误差范围分别为±10％和±12％,绝对平均偏差分别为4．1％和5．6％。     

翅片结构参数显著性影响分析及最优化

建立百叶窗式热交换器空气侧三维稳态对流换热数学模型,对不同几何特征参数的百叶窗式翅片进行了流动和换热数值模拟,采用j因子、f因子和JF因子分别对传热效率、流动性能以及综合性能进行评价。研究发现,百叶窗翅片的几何特征参数中百叶窗角度θ、百叶窗间距Lp、翅片间距Fp、翅片厚度δ、对流动换热性能影响程度较大,选取这四个因素进行正交试验,得出翅片的最优结构参数。最优模型与基础模型相比,f因子降低了7.7%,j因子的值增幅为11.3%,JF综合评价因子的值增幅达到14.1%,表明优化后的翅片结构可以在压损增加较小的前提下有效的提升换热性能。     

波纹翅片通道内液化天然气流动沸腾换热特性分析

波纹翅片广泛应用于液化天然气板翅式换热器中;为了对板翅式换热器进行优化设计,必须明确翅片通道内的流动沸腾机理。首先对波纹翅片流道中流体的流动和传热传质机理进行分析,建立了稳态工况下汽化相变模型。然后进行了不同质流密度、热流密度和干度工况下波纹翅片流道内流体流动换热过程的模拟,分析了质流密度、热流密度和干度对波纹翅片传热特性的影响,并与平直翅片进行了对比。结果显示:随着干度增大,波纹翅片换热系数呈现先上升后下降的趋势,且在0.5干度左右达到最大值;随着干度增加,质流密度的增大对换热性能的提升越来越明显,热流密度的增大对换热性能的提升越来越小;波纹翅片比平直翅片换热系数提高30%~150%,在低干度工况下波纹翅片强化传热效果更明显。     

波纹和百叶窗型表冷器空气侧换热性能的实验研究及分析方法

本文对方形组合式空调机组翅片管换热器空气侧的换热性能进行了实验研究和计算模型分析。将分布参数法（TTM）和创新的分排参数法(RDDM)拓展到方形组合式空调机组制热工况的实验数据处理中,分析翅片管换热器空气侧的换热性能,并与传统的ε-NTU法、集中参数法（LMTD）对比,4种方法计算的j因子和传热系数h偏差均在10%的范围内;基于分排参数模型,研究不同翅片形状、不同翅片间距、不同管径和不同翅片管排数下,传热因子j的变化情况。结果表明：j随Re增加逐渐减小,Re从3 000增至6 020,j下降了25.6%。相同Re下,开窗翅片比波纹翅片的j大,并随着Re的增加两者之间的最大偏差从26.3%缩小为8.3%。j随翅片间距和管径的增大而增大,随着管排数增加而降低,8排管时j急剧降低至约0.008。     

翅片对相变炕传热性能的影响分析

为提高相变炕的传热性能,提出了在相变炕内部添加高导热金属翅片的优化方案。通过数值模拟计算,分别探究了翅片的长度、厚度及数量对相变炕传热性能的影响。研究结果表明,翅片的长度及数量对相变炕传热性能影响显著,当炕体基本单元内翅片长度为30mm,数量为2根时,其对炕体传热增强效果最优,相较于空白对照组,添加翅片后,上炕面最大放热功率可以增大19.54%,上炕面平均温度可提升10.36%,上炕面与相变材料间的温差缩小27.36%。而翅片厚度对炕体传热性能的影响不明显。     

翅片类型对热泵空调结霜特性的影响

通过实验研究了室外换热器采用平直、波纹、波纹/开缝翅片对热泵空调器动态结霜性能的影响。结果表明,在结霜工况下,平直、波纹、波纹/开缝三种翅片类型的系统制热量、COP和压缩机功率的峰值、平均值依次增大,其中,波纹/开缝翅片的各项平均值比平直翅片分别减小了14.57%、8.26%和7.11%。波纹/开缝翅片的性能参数最早开始衰减且衰减幅度也最大,其次是波纹翅片,平直翅片最晚开始衰减且幅度最小。结霜时,水蒸气变为霜的相变过程对传热具有强化作用,同时霜层减小了翅片间隙使风阻增大、室外风机流量减小,这对传热具有恶化作用。结霜时性能参数的曲线存在上升段和衰减段,与霜层微观成长特性一致:结霜初期,冰晶由粒状变为柱状,尚未显著阻塞翅片间隙,对传热的强化作用较显著,曲线处于上升段;结霜中后期,冰晶先沿半径成长,后又在柱状晶间隙堆垛,对传热的恶化作用较显著,曲线处于衰减段。     

整体翅片式微通道换热器的数值模拟

采用CFD数值模拟的方法,对整体翅片式微通道换热器空气侧的流动与传热特性进行研究,用场协同的原理分析翅片参数(长度、高度、间距)对换热器性能的影响,并与传统微通道换热器空气侧性能进行对比。结果表明:在考查的翅片尺寸范围内,随着翅片长度的缩短、高度的增加、间距的减小,温度场和速度场的协同性随之改善,有利于换热效果的提高;与传统的微通道换热器相比,整体翅片式微通道换热器空气侧换热性能变差,但是阻力大大降低,总体性能有所改善。     

空气侧结构对多元微通道平行流冷凝器传热流动性能的影响

建立了多元微通道平行流冷凝器的稳态分布参数模型,与实验对比验证了模型的正确性。利用所建立的模型,研究了翅片高度、翅片间距、百叶窗开窗间距、百叶窗开窗角度变化对多元微通道平行流冷凝器传热和流动性能的影响。结果表明,随着翅片高度的增大,换热量逐渐增大,空气侧压降逐渐减小;随着翅片间距或者百叶窗开窗间距的增大,换热量和空气侧压降都是逐渐减小;随着百叶窗开窗角度的增大,换热量和空气侧压降都是逐渐增大。     

微通道正弦型底面结构对局部流动和传热特性的影响

为研究微通道的正弦型底面结构对流动和传热性能的影响,设计了5种正弦型底面结构的微通道,并采用数值模拟方法研究其在不同雷诺数下通道内局部流动情况和传热性能。结果表明,正弦型微通道内存在二次流;正弦型微通道内局部压力、泊肃叶数、壁面温度和努塞尔数沿着流动方向都出现波动的趋势,但后两者较平缓。在所研究的雷诺数范围(230～1 060)内,正弦型微通道平均泊肃叶数随着雷诺数增大而增大;部分正弦型结构微通道在雷诺数不大于600时,平均努塞尔数略低于光滑通道,说明传热效果有所降低;在雷诺数大于600时,所有正弦型通道的平均努塞尔数大于光滑通道,表明传热效果较好。     

带有双弯曲肋片的细通道流动与传热的数值模拟

为了强化细通道的传热性能,设计了一种带有双弯曲肋片的细通道。采用数值模拟的方法研究双弯曲肋片对于细通道中流体的流动特性、传热特性以及综合特性的影响。分析了进口雷诺数、肋片的半径大小对于细通道热沉中的摩阻系数、努塞尔数以及综合传热因子的影响。结果表明:细通道的摩阻系数与努塞尔数随着肋片半径的增大而增大,热阻随其增大而减小;在设置的雷诺数范围内,综合性能最好的为MCDR-0.4。证明双弯曲肋片的添加可以有效地提升细通道的综合性能。     

组合管径圆弧翅片换热性能的数值模拟

针对空调器室内机换热器空气侧的流动和换热问题,利用FLUENT软件,本文研究了开缝圆弧翅片以及组合管径开缝圆弧翅片对换热器的换热量和空气侧压降的影响,并与原开缝三折翅片换热器进行比较。结果表明,开缝圆弧翅片换热器的换热量大于原开缝三折翅片换热器,而空气侧压降略有增大。随着小管径数量增大,开缝圆弧翅片换热器的换热量逐渐减小,但压降也逐渐减小。相比于开缝三折翅片换热器,当开缝圆弧翅片换热器为10根小管时,其压降增大5%左右,但换热量却有2%左右的提高,且铜管材料节省了14.5%,有很好的应用前景。     

铝翅片油冷却器换热性能的数值分析及实验研究

利用fluent三维模拟软件对不同管间距下的铝翅片油冷却器壳侧流场进行数值模拟。选择?/(35)P作为综合评价因子,分析不同的管间距对壳程流场传热及阻力性能的影响,研究结果表明:铝翅片油冷却器的传热及阻力性能与壳侧Re有关,壳侧传热系数及壳侧压降均随壳侧Re的增大而增大,但壳侧传热系数随Re的增大增长率逐渐下降,而壳侧压降随Re的增长呈现二次曲线状;增大管间距可提高铝翅片油冷却器的换热性能,管间距为21mm时的传热及阻力性能最佳;数值模拟及实验结果误差较小,有效验证了数值模拟的准确性。     

家用空调器中平行流冷凝器翅片参数对空气侧传热流动性能的影响

为了推广平行流冷凝器在家用空调器中的应用,根据经验传热及压降关联式,采用数值模拟的方法,研究家用空调器中平行流冷凝器翅片参数对其空气侧传热流动性能的影响规律.结果表明:适当减小平行流冷凝器的翅片高度和翅片间距,可提高其换热系数、增加压降,保证其换热性能变化较小.     

水-空气翅片管换热器实验研究与数值模拟

通过对翅片管式换热器的设计和实验研究,得出了该换热器的性能曲线,此外还对换热器内部流场和温度场进行了三维数值模拟计算。从实验和模拟结果分析可知,实验所得传热因子j较模拟结果有12％范围内的减小,而阻力因子,有4％～16％的增大;翅片间距和管排密集度对翅片管换热器性能影响很大,减小翅片间距和增大管排密集度均能增强换热器的换热效果,但压力损失也明显增加。     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比.结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍.最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理.     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比。结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍。最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理。