百叶窗翅片管换热器空气侧传热和流动特性数值模拟

采用数值模拟方法对百叶窗翅片管换热器空气侧传热和流动特性进行研究,分析管排数、开窗角度和翅片间距对百叶窗翅片管换热器空气侧性能的影响.结果 表明:空气侧传热系数随管排数增多而降低,最大降幅约12.5％,压降随管排数增多而增大;低雷诺数下百叶窗角度为20°时换热器具有较好的综合性能,较大雷诺数下25°为最佳百叶窗角度;随...     

百叶窗翅片结构对空气侧流动换热影响的研究进展

百叶窗翅片作为换热器主要翅片形式之一,其结构对空气侧流动换热特性有着重要影响。本文总结了近年来国内外在百叶窗翅片结构对空气侧流动换热影响方面的研究,包括翅片间距、翅片高度、翅片厚度、翅片深度、百叶窗间距及开窗角度对空气侧换热系数、压降、流动效率、传热因子和摩擦因子的影响。研究表明:传热因子随开窗角度和翅片深度的增加而增大,随翅片间距的增加而减小;摩擦因子随开窗角度的增大而增大,随百叶窗间距的增大而减小;其中,开窗角度与翅片深度分别是影响空气侧流动和换热的最主要因素。最后,在百叶窗结构的基础上,提出了对翅片表面进行处理以及使用新型翅片结构等途径来进一步强化空气侧流动换热的建议。     

低气压下翅片管换热器空气侧换热特性的实验研究

为研究低气压环境下翅片管换热器空气侧的换热特性,对不同气压环境下空气侧流速和翅片间距对平翅片管换热器空气侧换热特性的影响进行了实验分析。实验环境气压范围为40～100 kPa,换热器迎面风速为1.0～3.5 m/s,翅片间距2～3 mm。研究表明:实验工况下环境气压40 kPa时空气侧传热因子仅为常压下的30.42%～46.41%;低气压环境空气侧流速和翅片间距对空气侧换热的影响趋势与常压数据基本保持一致;不改变换热器结构,环境气压的变化仅影响空气物性,而对空气的流动状态的影响不大;翅片间距影响随Re的减小和环境气压的降低而减弱,两种翅片间距模型空气侧传热因子平均差异在环境气压为100 kPa时为12.07%,40 kPa时缩小为3.00%。     

百叶窗板翅式换热器换热与阻力性能数值模拟研究

为了解决百叶窗板翅式换热器的内部性能优化问题,通过对层流稳态下换热器燃气侧的典型流动换热单元进行建模及流动换热分析,得到了单元体内部速度、流线及温度的分布特性,并通过对换热系数、科尔本传热因子、进出口单位压降、范宁摩擦系数的比较,获得了不同燃气入口速度下翅片间距及翅片角度对换热器换热性能及流动阻力的影响。结果表明:在百叶窗翅片角度及其他尺寸参数不变时,当百叶窗间距为0. 7 mm时其换热性能最优,阻力随间距增大而减小;在翅片间距等参数不变而角度变化时,换热性能与阻力均随角度增大而增大,当百叶窗角度从15°增加至30°时,换热性能的增加幅度较为明显。     

小管径穿片式翅片管三种间距下的换热与阻力特性

对3种基管外径(10 mm)和管间距相同、翅片间距不同的穿片式空气-水换热器的换热与阻力特性进行了试验研究,翅片间距分别为1.0、1.6、1.9 mm.得出了不同翅片间距下的管外换热系数和流动阻力系数以及相应的计算关联式,利用评价指标对3种试件的综合换热性能进行了评价.结果表明:翅片间距对管外换热性能的影响很大;在选择具有合理翅化比的换热器的翅片间距时还需考虑经济性和紧凑度等方面的因素.     

直条缝翅片管换热器传热与流动阻力性能研究

为了解翅片间距、翅片厚度、翅片材料和基管材料对直条缝翅片管换热器的传热和流阻性能的影响,以及获得通用的换热与流动阻力计算关联式,对一种直条缝翅片管换热器进行了实验研究。通过风洞试验台共进行了7个试件的试验,试验过程中管内水的进口温度和速度保持60℃和1.5 m/s不变,进风温度保持21℃,入口风速为1.5～4.5 m/s。结果表明：在管外空气侧雷诺数Re_a为2647～8143范围内,随着翅片间距的增大,对流换热系数先增大后减小,存在一个峰值;翅片间距对阻力的影响与管外空气侧雷诺数有关,当Re_a≤5 000时翅片间距越小摩擦系数越大,当Re_a>5 000时,翅片间距越小,摩擦系数越小;翅片厚度的增加会增加对流换热系数和摩擦系数;紫铜(T2)翅片的对流换热系数高于8011铝合金(AL8011)翅片,但摩擦系数较低;T2基管的对流换热系数最高,铁白铜(B10)基管次之,316L不锈钢(316L)基管最低;不同的基管材料对摩擦系数没有影响。     

百叶窗翅片的传热和阻力性能试验研究

风洞试验台上对8种不同结构参数的百叶窗翅片进行传热和流动阻力的性能试验。分析比较了翅片长度、翅片间距、翅片高度对其传热和阻力性能的影响，其中翅片长度和翅片间距对无量纲传热j因子和摩擦阻力f因子影响较大，翅片高度影响较小。同时采用3√j/f因子综合评价了8种翅片的强化传热效果。结果表明，翅片长度对强化传热影响最为显著。     

相变换热器烟气侧流动及传热特性的数值模拟

对壁温均匀的相变换热器换热管外烟气的流动状态与翅片管的换热过程进行数值模拟,分析烟气入口速度、翅片间距及翅片管横向间距、纵向间距对流动传热特性的影响。结果表明:随着烟气入口速度的增加,换热量和烟气流动阻力均增加;一定范围内增大翅片间距,能够强化传热性能,降低烟气流动阻力;翅片管横向间距的增大能强化传热,而纵向间距的增大会减弱传热性能,二者均能够降低烟气的流动阻力。     

CO_2微通道气冷器翅片结构对换热性能影响的模拟研究

本文选择适用于微通道换热器的CO_2换热关联式,创建CO_2微通道气冷器的二维模型。采用有限体积法将微通道分成多个微元段,利用Matlab结合Refprop软件计算每个微元段中的流动和换热。用实验结果验证了建立的仿真程序的合理性,模拟翅片结构对换热器性能的影响,依据信噪比的田口方法计算了翅片结构对换热器性能的贡献率,提出了适用于本模型的最佳翅片结构。得出:CO_2微通道换热量和压降随着空气侧的翅片间距和翅片高度的增大而减小,随着翅片宽度的增大而增大,翅片厚度的影响较小;翅片结构对微通道气冷器的性能影响的贡献率分别为:翅片高度42.45%,翅片间距25.73%,翅片宽度24.32%,翅片厚度为7.50%;最佳翅片结构为:翅片高度8 mm,翅片间距1.15mm,翅片宽度17.28 mm,翅片厚度0.08 mm。     

平直-波纹翅片扁平管外空气流动与换热特性的数值研究

利用Fluent软件,完成了平直翅片、波纹翅片和6种不同结构的平直-波纹复合翅片扁平管空气侧流动和换热的三维数值模拟研究。对温度场、速度场、表面平均传热系数、进出口压降、综合换热性能因子进行了分析对比,揭示了进口风速(1m/s～5m/s)、复合翅片中波纹翅片所占比例以及所处位置对翅片表面平均传热系数、通道进出口压降和综合换热性能因子的影响。结果表明,复合翅片中波纹翅片所占比例是影响进出口压降的主要因素;复合翅片中波纹翅片所处位置对换热性能的影响显著,但对进出口压降的影响很小;平直-波纹复合翅片可以提高蛇形翅片扁平管换热器的综合性能;当迎面风速大于2.6m/s时,B15P5型复合翅片的综合换热性能最优。     

椭圆钎焊与双金属轧制翅片管传热与阻力性能的试验对比

对椭圆钎焊翅片管和双金属轧制翅片管换热器的传热及阻力性能进行试验对比研究,试验得到了一系列工况下的传热数据与管外空气流动阻力数据,给出了相应的传热系数、流动阻力曲线。从总传热系数中分离出管外空气侧的对流换热系数,得到了具有一定应用价值的管外换热的计算关联式;拟合得到了管外阻力计算关联式。结果表明:椭圆钎焊翅片管比双金属轧制翅片管的传热系数约高9%,管外换热系数约高17%,且管外空气流动阻力约低11%。     

不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟

利用三维数值模拟的方法对带有3种异形纵向涡发生器的H型翅片椭圆管换热器的空气侧流动传热特性进行研究。基于H型翅片椭圆管束,讨论了在不同雷诺数下,纵向涡发生器的摆放位置、摆放攻角和形状对空气侧流动传热的影响。研究表明:纵向涡发生器能够将高能量的流体引向流速较低的壁面区域,使冷热流体之间的混合加剧,增强流体的湍流动能,进而达到强化传热的效果;与无纵向涡发生器的管束相比,带纵向涡发生器管束的传热效果有明显的提高;当纵向涡发生器后置时,换热器的传热效果最优;在雷诺数相同,攻角为30°时,流体的传热性能和阻力特性均达到最优;相同攻角摆放时,椭圆角矩形发生器的传热性能和阻力因子均优于其他两种形式的发生器。研究结果为烟气余热回收系统换热器传热性能强化提供理论依据。     

管间距对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响

为了获得管间距对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响规律,对5种不同翅片管换热器进行了数值模拟研究,并进行了模化试验验证。结果表明:开缝翅片管束的传热和阻力特性与翅片侧气体的Re数有关,随着Re数增大,翅片侧Nu数增大,摩擦因子f逐渐减小;纵向间距S2对开缝翅片管换热器的综合流动传热性能的影响较大。数值模拟与试验结果偏差较小,采用数值模拟方法能够比较准确地分析开缝翅片管换热器的传热与阻力特性。     

空压机内置冷却器的热力性能优化

为了提升空压机内置冷却器的热力性能,选取冷却器的最小结构单元,基于k-ε湍流模型建立百叶窗翅片流动传热的数值模型,分析百叶窗翅片结构参数对冷却器内部流动传热特性的影响。结果表明：增大百叶窗倾角、翅片厚度,气流与翅片之间的对流传热能力增强,流动阻力增加;增加百叶窗间距,冷却器传热效果增强,流动阻力减小。百叶窗倾角为29°、间距为1.6 mm、翅片厚度为0.08 mm时,翅片的综合热力性能最佳。     

直接空冷凝汽器扁平钢管蛇形翅片气侧流动及传热特性数值研究

应用FLUENT软件,对直接空冷凝汽器扁钢管钎焊蛇形翅片气侧流动与换热进行数值研究,得到翅片管表面温度、翅片间距内空气速度分布图,研究了翅片高度、入口空气流速对换热性能、流动阻力和气侧综合换热性能评价指标的影响规律。并将模拟结果拟合得到实验关联式。结合某空冷凝汽器设计参数,验证了数值模拟结果的可靠性。     

圆弧型开缝翅片管空气冷却器传热与阻力特性试验研究

对3种不同翅片间距的圆弧型开缝翅片管空气冷却器进行试验研究,得到迎面风速在1.0~3.0 m/s空气侧传热与阻力特性变化规律,分析了迎面风速、翅片间距对换热器传热与阻力特性的影响;雷诺数Re在1200~3800,综合性能指标随着Re的增大而增大;当Re1800时,Pf=1.7 mm的综合流动传热性能最好,当Re1800时,Pf=2.5 mm的综合流动传热性能最好;圆弧型开缝翅片管的综合流动传热性能比平直翅片管高。     

汽车水散热器设计软件开发

为了降低散热器的设计成本并提高计算精度,利用PowerBuilder开发了汽车水散热器设计软件,其计算功能包括校核计算、翅片间距优化计算、翅片高度优化计算、管长优化计算及管排数优化计算。对比分析试验表明:计算结果具有较高的精度。计算分析翅片间距、开窗角度、风速及冷却液中乙二醇百分比对散热器性能的影响。研究表明:减小翅片间距及增大风速可提高换热性能;减小开窗角度可降低风侧阻力;增大乙二醇百分比可降低冷却液出口温度。     

双排管外空气流动和传热性能的数值研究

矩形翅片椭圆管,即双排管是直接空冷凝汽器的一种基本换热元件.研究了双排管外空气侧的流动和传热性能.在不同迎面风速下,对双排管空气侧进行了三维数值模拟,并对速度场、温度场进行了分析.拟合出双排管阻力和平均传热系数随迎面风速变化的计算公式.     

基于周期流模型的螺旋板换热器流动换热特性数值模拟

为了研究螺旋板换热器结构对其性能的影响,为换热器设计提供指导,采用周期流模型对螺旋板换热器流动传热性能进行数值模拟,结果表明:周期流模型适用于螺旋板换热器的流动传热问题;定距柱通过强化对流传热以及冲击换热提高换热器的传热性能;定距柱间距增大或板间距减小会降低换热器传热性能,减小压损;减小流向间距或板间距降低综合性能;横向间距、板间距增大或流向间距减小可提高换热器经济性;换热器传热和压损对横向间距的变化最敏感,而板间距对综合性能影响最大;流向间距对换热器性能影响不明显。     

偏心管翅式相变储热单元性能强化的模拟

对管翅式相变储热单元进行了二维非稳态模拟研究。在考虑自然对流与外管传热的情况下对比研究了同心管翅、偏心管翅以及翅片接触外管三种储热单元的传热特性。考虑了内管壁温度、外管材料、翅片厚度对储热性能的影响。结果表明,与采用同心管翅时相比,由于自然对流的影响,偏心管翅储热单元有效削弱了固-液界面分布不均匀现象,完全融化时间减少了29.3%,而当翅片接触金属外管时,通过翅片的传热外管温度迅速升高,增大了换热面积,完全融化时间减少了近49.3%。可见,翅片接触外管储热单元不仅削弱了自然对流引起固-液界面分布不均匀现象,而且利用了外管的传热,强化了储热换热性能。