开缝型翅片流动与传热三维数值模拟
空气冷却器开缝翅片传热与流动特性的数值模拟研究
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｏ ｅ ｔＴｒ ｎｓｅ ｎ ｕｉ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍ ｌｔｏ ｎ Ｈ ａ ａ ｆｒ ａ ｄ Ｆｌ ｄ Ｆｌ ｗ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓ ｏ ｒ Ｃｏ ｌｒ ｗｉｈ Ｓ ｒｐ Ｆｉ ｏ Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆＡｉ ｏ ｅ ｔ ｔｉ ｎ
通过建立管翅结构的局部模型 ， 用标准 ， 利 ｃ — 湍流方程 ， 研究 了温度 、 速度等在翅片附近 的分布 ， 并对比 了平直翅片和开
缝翅片的模拟 结果 。结果显示： 开缝翅片对空气流动有较大扰动作用 ， 开缝 结构 附近 出现 了大量 涡流 ， 在 强化 了空气和
冷 却 水 之 间 的传 热 过 程 。在 同样 条 件 下 ， 缝 翅 片 空气 侧 换 热 系数 比平 直 翅 片 大 ８ ， 开 缝 翅 片 的压 力 降 比平 直翅 片 开 ％ 而
５ ｆｎａ ｌ ｎ ｎｏ ｉ ｃｍ ｒ ｓｒ ｉ Ｆ ｆ ａｅ Ｌ Ｅ ．Ｔ ｒｕｈｂ ｉ ｉｇｍ ｄｌ ｆ ａｔ ｔ ｃ ｒ ｏ ｎａｄ ｉ ｎ ｐａ ｆ ｒ ｏ ｐｅ ｏ ｔ Ｃ Ｄ ｓ ｔ ｒ Ｆ Ｕ ＮＴ ｈｏ ｇ ｕｌ ｎ ｏ ｅ ｏ ｒ ｓ ｕｔ ｅ ｆ ｎ 却 ｄ ｉ ｉ ｆａ ｓ ｗｈ ｏｗ ｄ ｐ ｒ ｕ ｆ ｉ
ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｃ ｎ ｔｏ ｔｉ ｎ Ｓ ｈ ａ ｒｎｓｅ ｏ ｆ ｃｅ ｔｉ ％ ｂｇ ｅ ｈａ ａ ｎ ｆｎ Ｓ．ａ ｄ ｉｓｐ ｅ ｓ ｅ ｄ ｏ ｓａ ｓ ｉｇ ｒ ｈ ａ ｏ ｄｉ ｎ ｓｒｐ ｆ ｅ ｔｔａ ｆｒ ｃ ｅ ｉｎ ｓ８ ｉ ｉ ｉ ｉｇ ｒｔ ｎ ｐｌｉ ｉ ｎ ｔ ｒ ｓｕｒ ｒ ｐ ｉ ｌｏｂ ｇ ｅ
第２ ８卷 第 ５期
２１ ０ ０年 １ Ｏ月
ห้องสมุดไป่ตู้轻 Ｉ 机 械
开缝翅片换热器三维流动传热特性数值研究
２ Ｃ ｉ ａＰ ｔ ｌｕ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｃ ．Ｌｔ ． ｒ ｉ ａＣｏ ａ ｙ，Ｈｅ ｅ ｎ ｉ ６ ５ ２， Ｃ ｉ ａ ． ｈ ｎ ｅｒ ｅ ｍ ｇ ｎ ｅ ｉ ｏ ． ｄ Ｎｏ ｔ Ｃｈ ｎ ｍｐ ｎ ｏ ｎ ｈ ｂｉ Ｒｅ ｑ ｕ０ ２ ５ ｈｎ ；
３Ｃｈｎ ． ｉａＮａｉｎ １ ｌｃｒ ｔｏ ａ ｅｔｉ Ｅ ｃＡｐ ａａｕ ｓ ａｃ ｎ ｔ ｔ ， Ｇｕ ｎ ｄ ｎ ａ ｇ ｈ ｕ５ ０ ６ ， Ｃｈｎ ） ｐ ｒｔｓ Ｒｅ ｅｒｈＩｓｉ ｅ ｕ ｔ ａ ｇ ｏ ｇＧｕ ｎ ｚ ｏ １ ８ ０ ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｈ ｓｃ ｌ ｄ ｌ ｎ ｔ ｅ ｔｃ ｌ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｐ ｙ ｉａ ｍｏ ｅ ｄ ｍａ ｈ ｍａｉ ａ ｍｏ ｅ ｆｓｏ ｎ ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ｒ ｅ ｄｍｅ ｓｏ ａ Ｏ ｈ ａ ａ ｓｅ ａ ｄ ｌ ｔ ｅ ｔ ｃ ａ ｇ ｒ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉ ｎ ｌ Ｗ ｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｒ ｏ ｌ ｆ ｉ ｅ ｔ ｌ ｆ ｔ ｗｅ ｅｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ａ ｄ ｓ ｍｅ ｎ ｍｅ ｉ ａ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｎ ｈ ａ ａ ｓｅ ｎ ｔ ｗｉ ｉ ｅ ｅ ｔ ｌ ｔ ｏ ａｉ ｎ ｒ ａ ｄ ｄ ｏ ｔ ｒ ｓａ ｌｓ ｅ ． ｎ ｏ ｕ ｒｃ ｌ ｌｕ ａｉ ｓｏ ｅ ｔ ｒ ｎ ｆｒｕ ｉ ｔ ｄ ｆ ｒ ｎ ｏ ｃ ｔ ｓｗｅ ｅｃ ｒ ｅ ｕ ． ｃ ｏ ｔ Ｓ ｈ ｓ ｌ ｏ
翅片管式换热器的数值模拟与优化
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第 29卷增刊 ·82·化工进展翅片管式换热器的数值模拟与优化司子辉,张燕,康一亭,欧顺冰(西华大学能源与环境学院,四川成都 610039摘要:利用 FLUENT 数值模拟方法,研究两种翅片(波纹三对称穿孔翅片与波纹翅片的表面流动性与传热性,得到不同风速表面传热系数的分布。
表面传热系数模拟结果与实验数据的误差为 5%~10%,证明该模拟方法的正确性。
研究结果表明:当气流速度不同时,波纹三对称穿孔翅片表面传热系数比波纹翅片表面传热系数高20%~28%,节约能耗,强化传热。
关键词:翅片;数值模拟;表面传热系数中图分类号:TB 657.5; TQ 008 文献标志码:A 文章编号:1000– 6613(2010 S2–082– 05Numerical simulation and optimization of finned tube heat exchanger SI Zihui , ZHANG Yan, KANG Yiting, OU Shunbing(School of Energy and Environment, Xihua University, Chengdu 610039, Sichuan , ChinaAbstract: The performance of surface flow and heat transfer of two kinds of different finned-tubes (wavy three symmetric holes fin surfaces and wavy fin surfaces are numerically studied by using FLUENT software, and distributions of convection heattransfer coefficients are obtained. The error of surface heat transfer coefficient between simulation results and experimental data ranges from 5% to 10%, which proves the feasibility of the simulation method. The results show that the convection heat transfer coefficients of the wavy three symmetric holes fin surfaces increase by 20%—28% compared to the wavy fin surfaces, thus saving energy and enhancing heat transfer.Key words: fin; numerical simulation; surface heat transfer coefficient翅片管式换热器应用广泛,其强化传热的数值模拟的研究一直是研究者普遍关注的课题。
电机用冷却器翅片侧空气热力过程的三维数值模拟计算及分析
Vol.29 No.3 2009.3船电技术 2009年 第3期49电机用冷却器翅片侧空气热力过程的三维数值模拟计算及分析邱兆义 程双胜（中国船舶重工集团公司第七一二研究所，武汉 430064）摘 要：本文利用FLUENT 模拟了管排数为四的电机冷却器波纹翅片表面空气流动和传热过程、表面温度和压降分布情况，分析了翅片入口风速对翅片表面的温度、空气压降、换热系数的影响，对内部的热交换过程有一个比较清晰直观的模拟计算及分析，从而为合理选择风速和翅片的结构优化提供一定的理论基础。
关键词：FLUENT 冷却器 温度场 换热系数中图分类号：TM311 TK172 文献标识码：A 文章编号：1003-4862 (2009) 03-0049-043D-Simulation of Thermal Process on the Tin of theCooling Device Using in the Electrical MotorQiu Zhaoyi, Cheng Shuangsheng（Wuhan Marine Electric Propulsion Research Institute, CSIC , Wuhan 430064, China ）Abstract ：In this article, it simulates the thermal process of the surface of the moire tin of the cooling device with four row pipes using software FLUENT and get some typical contour charts of the surface temperature and pressure, analyzes the effect of velocity of inlet on the surface temperature and pressure, heat transfer Coef, and get a intuitionistic and clear cognition. It can provide academic basis for the ascertaining the air velocity of inlet and the optimization of the structure of the tin Keywords ： FLUENT ；cooling device ；t emperature field ；heat transfer Coef1 概述近年来，由于大功率电机不断出现，电机冷却器的应用越来越普遍，而穿片式电机冷却器由于具有换热面积大、散热性能好、紧凑性好及加工方便等许多独特优点，因而在电机及电力行业得到广泛应用。
翅片管式换热器传热与流场流动特性的数值模拟
耦 合计 算 ， 这 就要求 管 壁和管 外都 需要 布置 网格 ， 整 体建模 的思路 必 将 产 生数 量 巨大 的 网格 ， 在 实 际模 拟计 算 中受 到计算 机软硬 件 的限制 。为 了便 于 计算 ， 在实 际情 况 的基 础 上对 翅 片 管 换 热 的物
理模 型 作如 下简化 假设 ：
中图分类号 Ｔ Ｑ Ｏ ５ １ ． ５ 文 献 标 识 码 Ａ 文章编号 ０ ２ ５ ４ ￣０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ０ ３ ４ ７ ０５ －
扩 展表 面强 化传 热在换 热器 中已得 到广泛 的
应用 ， 翅 片 管 是 最 常 见 的扩 展 表 面 形 式 之 一 … 。
１ 换 热器 的基本 结 构参 数及 整体模 型 简化 笔者 研究 的换 热器 是油 田用 注气 锅炉 的对 流
ｄ ．基 管 与 翅 片 的导 热 系 数 为 常 数 ， 且 忽 略 基 管轴 向导热 对换热 的影 响 ；
ｅ ．对 辐 射 换 热 和 重 力 影 响 忽 略 不 计 ， 且 不 考虑 翅 片管 的污垢热 阻 。
段， 由１ ４排共计 １ ６ ２根翅 片管 组 成 ， 每 根翅 片 管
长３ ７ ９ ２ ｍ ｍ， 翅 片管 基 管外 径 ８ ９ ａｍ， ｒ 壁厚 １ ３ ｍ ｍ，
通过 对翅 片管 换 热 器 几何 形 状 进 行 分 析 ， 发 现 与管束 轴 向垂 直 的截 面 形 状 和尺 寸 均 相 同 ， 都 为矩 形和梯 形 的组合 。在 受热 管束 轴线 的 中点 取 如 图 １所示 方框 中的区域作 为计 算域 进行 数值 模 拟 。计算域 的截 面与 管 束 轴 线 方 向垂 直 ， 沿 轴 向
摘 要
在 对 大 型 翅 片管 式换 热 器 结 构 合 理 简 化 的 基 础 上 ， 应用 Ｃ Ｆ Ｄ 和 数 值 传 熟 学方 法 ， 建 立 了翅 片
开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟
Abstract : Air side heat t ransfer and fluid flow characteristics of t wo2row slot ted fin2and2t ube heat t ransfer surface wit h X2t ype st rip arrangement were st udied experimentally and numerically. The heat t ransfer and f rictio n factor correlatio ns were o btained in a wide range of Reynolds number . It is fo und t hat t he slotted fin2and2t ube heat t ransfer surfaces have excellent performance co mpared wit h t he plain plate fin heat t rans2 fer surfaces and t he perfo rmance of X2t ype t wo2side st rip fin surfaces is bet ter t han t hat of o ne2side st rip fin surfaces. By numerical met hod , t he fin efficiency curves fo r X2t ype t wo2side st rip fin surfaces were a2 chieved. Fro m t he viewpoint of field synergy , t he air velocit y and temperat ure fields bet ween t he t wo neighbo ring fin surfaces and t he dist ributio n of local heat t ransfer coefficient and p ressure drop in flow di2 rectio n were analyzed. The result s show t hat t he heat t ransfer enhancement of slot ted fins is caused by t he imp rovement of t he synergy bet ween t he velocit y field and t he temperat ure gradient . Keywords : heat e x chan ger ; st ri p f i n s u r f ace ; heat t rans f er enhancement ; e x peri ment al i nvesti g ation ;
冷凝器翅片表面流体流动及换热过程的三维数值模拟
第 1 期 谢春辉等 :冷凝器翅片表面流体流动及换热过程的三维数值模拟 · 1 9 ·
图 5 平翅片表面温度场等值线图
图 6 波纹翅片表面温度场等值线图
过程比较柔和 ,引起温度场均匀分布 ;而采用波纹 翅片时 ,温度等值线分布紊乱呈狭长带状 ,在第一 排管束迎风侧翅片表面气流温度上升的较快 ,原因 是波纹翅片表面起伏变化 ,导致气流所受扰动较 强 ,换热过程比较强烈 ,引起温度场的分布不均而 且变化剧烈 。两者的共同点 :在迎风侧 ,温度场分 布稠密 ,温度递增显著 ,原因是此时流体与壁面温 差较大 ,换热较强烈 ;在背风侧 ,温度场分布稀疏 , 温度变化不大 ,原因是此时流体与壁面温差较小 , 换热趋于平缓 ;在尾迹区 ,由于发生绕流脱体而产 生回流 、涡流和涡束的扰动 ,气流温度最高 ,接近管 壁温度 。这些符合气体横掠叉排管束的流动特点 , 也符合换热器换热的一般规律 。
1 引言 管翅式换热器在制冷空调行业中常被用作冷
凝器 ,其结构是在铜管外侧套加翅片 ,而翅片的几 何形状及结构对换热器的流体力学特性和热交换 效果有重要的作用 ,对由不同翅片组成的换热表面 进行流体力学及换热性能研究 ,具有十分重要的意 义 。随着计算机应用技术的飞速发展 ,采用 CFD 技术对各种实际问题进行模拟计算 ,所得结果可信 度高且方便快捷 。CFD 方法在流体力学及传热方 面的研究越来越得到重视和应用 。本文利用 CFD 软件 FL U EN T 对管翅式换热器的平翅片和波纹 翅片表面的空气流动及换热过程进行了数值模拟 , 研究了不同翅片的几何结构参数对翅片表面流体 流动特性和换热的影响 。 2 物理问题及数学描写
波纹开缝翅片管换热器传热与流动性的数值模拟_李军
第4期
李 军等：波纹开缝翅片管换热器的传热与流动性的数值模拟
85
纹开缝翅片阻力损失系数比平直翅片高 30% ~ 70%，比波纹翅片高 10% ~ 33%。与换热增加相比， 其阻力损失增大相对较小。计算中平板开缝翅片的 压力损失系数比平板平均高 80% ~ 98%，波纹开缝
翅片则比平板翅片高出 50% ~ 70%。综上可见，实 验结果与计算结果较为一致，波纹开缝翅片确是一 种性能较好的翅片结构。
收稿日期：2008-05-05 基金项目：湛江市科技攻关项目(B03095)；华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室访问学者基金项目（KF0606） 第一作者：李军（1968－），男，工程师，研究方向为热能工程。 通讯作者：凌长明，Tel:0759-2382174. E-mail:ling-cm@
numerical simulation
紧凑管翅式换热器主要应用于供热、通风、空 调与制冷工业，研究者一直致力于其性能的改进。 影响换热器性能的因素较多，其中的主要因素是热 阻，而换热器的主要热阻来自空气侧，因此，提高 空气侧的换热效率是提高换热器的关键。增加空气 侧的传热系数主要采用的方法有[1]：缩小几何尺寸、 增强流体的紊流强度以及采用间断表面—开缝翅
能量方程
∂ ∂x j
(ρu jT ) =
∂ ∂x j
k ( Cp
∂T ∂x j
)。
其中， ρ 为密度，u 为速度， p 为压力， k 为传热 系数， T 为温度， Cp 为比定压热容。
25.4
25.4
25.4
12 7
12 6
12
a 平板
b 平板开缝
图 1 翅片的形状 Fig.1 Shape of fins
管内插入螺旋翅片流动与传热特性的数值模拟
现扭 曲带管 的换 热能 力取 决 于速度 环量ｌｌ４Ｊ。 基 于前人 实 验和模 拟 研究 的经 验 ，笔者 等研 究
了 １种介 于螺 旋 线 圈和螺 旋纽 带之 间 的新 型 管 内插 物 ，即螺 旋翅 片 。螺旋 翅片 可看 做具 有一定 径 向高度 而轴 向尺寸 又很小 的螺 旋 线圈 ，它 同样具 有 易于加 工 、安装 和除 垢 的优 点 。利用 商 业 软 件 Ｆｌｕｅｎｔ数值 模 拟研 究 了低 雷诺 数下 螺旋 片不 同结 构参 数对 流动 和传 热 的影 响 ，并 结合 涡量 和场 协 同理论 对传 热 流 动规 律进 行 了分析 。
摘 要 为研 究 管 内插 入 螺 旋 翅 片在 低 雷诺 数 下 流 动 与 传 热 特 性 ．利 用层 流模 型和 周期 性 边 界 条 件 进 行 了 ３维 数 值 模 拟 ，以 水 为 介 质 ，在 恒 热 流 条 件 下 ，分 别 选取 ４种 不 同螺 旋 翅 片 高度 （ｈ＝２、４、６、８ ｍｍ）和 节距 （Ｐ＝２０、４０、６０、８０ ｍｍ）组 成 的 １６组 结 构 参 数 。并 对 每 组 结 构 参 数 在 两 个 不 同 雷 诺 数 （Ｒｅ＝４５０、６５０）下进 行 模 拟 ；讨 论 了螺 旋 翅 片 高度 和 节距 对 努 赛 尔数 、阻 力 系数 、综 合 性 能 、场 协 同性 能和 涡量 的影 响 。结 果 发 现 ．内插 螺 旋翅 片 能 够显 著 强 化 换 热 ，在 较 小 片 高 时 ，翅 片节 距 之 间容 易产 生 横 向漩 涡 ；除 节 距 和 片 高 同 时 较 小 的情 况 外 ，努 赛 尔数 和 阻 力 系数 随 节 距 增 大 而 减 小 ，随 片 高增 大 而增 大 ；适 ３＂ －选择 片 高和 节 距 数 值 ．可 以提 高综 合 换 热性 能 。 关 键 词 强 化 传 热 ；螺 旋 翅 片 ；数 值 模 拟 ；涡 量 中 图 分 类 号 ＴＱ０２１．１ 文 献 标 识 码 Ａ Ｄ０Ｉ １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—６８２９．２０１３．０５．００９
换热器开缝翅片的参数影响分析研究
档案号题目换热器开缝翅片的参数影响分析研究单位姓名摘要：目前市场上常见的7mm 管径开缝翅片（又称桥片），分析其换热的原理，提出物理与数学模型，采用商业软件FLUENT计算其流动及换热特性。
重点针对桥片在不同设计参数下的性能进行了数值研究，分析了横向管间距、纵向管间距、片间距和控制圆等对翅片换热能力的影响，还有入口风速对流动与换热特性的影响，最终提出能够取代目前已有的7mm管径的X型桥片的翅片。
关键词：换热器，开缝翅片（桥片）1.引言管翅式换热器广泛地应用于HVAC&R领域，改进翅片的性能，推出更加节能、节材的紧凑式换热器，有重要的意义。
Wang等[1，2]对18种不同结构的平直翅片空气侧的流动和换热特性进行研究，分析管排数、管径和翅片间距的影响。
间断型翅片是一种被广泛使用的强化表面，通常包括百叶窗翅片和开缝翅片（又称桥片或交错翅片）。
间断型翅片的几何结构可以破坏边界层的发展，并且能让流体混合的更加充分，达到强化换热的目的[3,4]。
Wang等[5]对开缝型、百叶窗型及平直翅片的实验表。
根据场协同原理分析计算，得出换热量随Re数和开缝角度的变化规律。
这些研究成果，为分析现存换热器中存在的问题，找出可进行性能强化的途径，为设计出高性能的换热器提供一定的思路。
本文研究开缝翅片换热器的各项参数——横向管间距、纵向管间距、片间距、翅片开缝高度等的对桥片单元量的换热性能的影响。
计算采用高仿真流体软件FLUENT计算出现已有7mmX 型桥片的压降和换热量，并在此基础上研究考察开缝翅片不同参数下的流动与换热特性，最终设计出取代原有翅片的5mm管径的开缝翅片。
2.与物理数学模型2.1物理模型计算基于冷凝器传热模型，在整个传热过程中，制冷剂在管内放出热量通过管壁导热导给翅片，最终通过空气的对流将热量带走。
制冷剂在管内的传热非常复杂，涉及过热区、两相区和过冷区。
本文主要研究空气侧翅片在不同管径偏移量的传热性能，将管内的热阻固定，即管壁温度取为定值（第一类边界条件），其值取为实验中管壁温度的平均值。
X型开缝翅片传热与流动性能的数值模拟
Ｋｅ ｒ ｓ Ｘ—ｈ ｐ ｄ ｓｉ ｆ ｈ ａ ｒｎ ｆｒ ｆ ｉ ｏ Ｊ ａ ｔｒ ｎ ｍｅ ｃ ｌｓｍｕａｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｓ ａ ｅ ｌ ｎ； ｅ ｔｔ ｓｅ ； ｕｄ ｆ ｗ； Ｆ ｆｃｏ ； ｕ ｒ ａ ｉ ｌｔ ｔ ｉ ａ ｌ ｌ ｉ ｏ
０ 引 言
翅 片管 换 热 器 被 广 泛 用 于 供 热 、 风 、 调 与 通 空
ｓ ｌ ｈ ｗｅ ｈ ｔＪ ａ ｔｒ ｏ ｓ ａ ｅ ｆ ｅ ｆ ｓ ｍａ ｉ ｍ ａ ｄ ｉ ｅ ｏｍａ ｃ Ｓｔｅ ｂ ｓ． ｈ ｕｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ Ｆ ｆｃｏ ｆＸ—ｈ ｐ ｄ ｏｆ ｔｉ ｉ ｓ ｓ ｎ ｘｍｕ ｎ ｔ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｉ ｈ ｅｔ Ｔ ｅ Ｘ— ｓ ｆ
型开缝翅片管的尾迹 区较小， 因此该种结构能有效减小尾迹区对换热的影响．
关键 词 ： 型 开缝翅 片 ； Ｘ 传热 ； 动 ； 因子 ； 流 数值 模 拟
中 图分 类号 ： Ｋ ２ Ｔ １４
文献 标 志码 ： Ａ
Ｎｕｍ ｅ ｉ ａ ｉ ｕｌ ｔｏ ｆ ｈｅ ｔｔ ａ ｓ ｅ ｎｄ ｆｕ ｄ ｒ ｃ ｌｓｍ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｒ ｎ ｆ ｒ ａ ｌ ｉ
的紊 流强 度 ， 更 好 地 提 高换 热 系 数 ， 能 因此 它 是 目
动非 常 复杂 ， 而换 热 器 的 主要 热 阻在 空气 侧 ， 因此 ，
板翅式换热器的数值模拟研究
板翅式换热器的传热和流动阻力特性数值模拟研究1课题背景及研究意义1.1研究背景随着科学技术日新月异的发展，作为换热关键设备之一的换热器也越来越倍受人们的关注，各种高效、节能的新型换热器应运而生。
板翅式换热器作为一种典型的新型换热器，以其独特的优点，占据了换热设备领域的一席之地，广泛的应用于能源、动力、化工、冶金、机械、交通、原子能、航空和航天等领域，并在利用热能，回收余热，节约原料，降低成本以及一些特殊用途上取得了显著的经济效益[1]。
板翅式换热器显著优点是传热效率高，紧凑轻巧，适应性大，可在200℃到绝对零度的温度区间内工作。
缺点是制造工艺复杂，要求严格，容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修较困难。
板翅式换热器首先应用于航空、汽车工业，早在1930年英Marston Excelsier公司就用铜合金浸渍钎焊方法制成航空发动机散热用板翅式换热器，20世纪40年代中期出现了铝质浸焊板翅式换热器。
1942年美Norris R.H.首先进行平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片的性能研究。
20世纪50年代，板翅式换热器开始在空气分离设备中得到应用，这使得板翅式换热器的实验研究、设计制造得到有力得推动，板翅式换热器开始向大型化、高压、多种用途、各种材料的方向延伸。
近年来，对板翅式换热器的理论计算，优化设计，制造工艺以及实验研究方兴未艾，尤其是一些新技术的渗透，使其应用范围进一步拓宽，进入了一个新的发展时期。
国内外的研究指出：引起该类换热器性能下降的主要因素为物流分配的不均匀、轴向导热及温度场的不均匀，而三者中物流分配不均匀的影响是最重要的[2]。
由于流体从入口进入换热器内部经历了多次流通面积的变化，从大通道到微细通道流体流量多次分配，结果进入翅片通道后各通道之间、各流动层之间存在严重的不均匀现象，物流分配的不均匀导致换热的不均匀，因而成为板翅式换热器性能下降的主要原因。
对板翅式换热器的研究发现[3]：NTU在4～50范围内，由于物流分配的不均匀可导致换热器效能下降 3.5～9.54%。
百叶窗翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟
百叶窗翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟摘要本文利用FLUENT软件模拟了百叶窗翅片管换热器空气侧流动和传热过程,根据百叶窗翅片倾角(0°,10°,14°,20°,25°,30°)的不同,建立了6个几何模型,定性分析了倾角为30°时的翅片表面温度场分布、压力场分布和速度场分布;同时比较了不同倾角对流动换热性能的影响。
关键词换热;百叶窗翅片;数值模拟0 引言换热器在工业中有着广泛的应用,如制冷、能源、化工、航空航天等等工业都需要用到换热器。
采用紧凑、高效的换热器,不仅可使整个装置的尺寸重量减小,而且由于装置的功耗减少,可降低整个系统能耗比。
因此研究各种高效、紧凑的换热器具有重要意义[1]。
圆管百叶窗翅片管换热器是一种新型高效的紧凑式换热器。
而研究发现,最普通的平直翅片管换热器管内热阻、铜管与翅片的接触热阻、管外空气侧的热阻比为2∶1∶7[2]。
管外翅片换热仍然是制约换热器效能的主要因素。
因此,强化空气侧的换热成了翅片管换热器强化传热的重要问题。
1998年, 对17个不同结构的百叶窗翅片管式换热器进行了实验研究[3];本文利用软件FLUENT软件模拟了双排(叉排)百叶窗翅片管换热器空气流动和传热过程,获得了翅片表面温度场分布、压力场分布和速度场分布。
1 模型的建立及网格的划分为实现对圆管百叶窗翅片管换热器的三维数值模拟,对实验条件进行适当简化,根据物理模型结构尺寸的对称性,本文所取的计算区域如图2所示,取连续空间中的以翅片为中心的空间为计算区域,计算区域的长度为40mm,高度为翅片间距2.8mm,宽度为横向管距的一半12mm。
设定其边界类型和流体类型如下,进口为速度入口,出口为自由压力出口,管壁为恒温边界条件,翅片面为耦合计算壁面,外壁边界为对称性边界条件,内壁边界为恒温边界条件,流体为空气(设为理想气体)。
采用3D标准层流模型进行求解,计算在管外进行,压力——速度耦合采用SIMPLEC方法[2],动量方程和能量方程均采用二阶迎风差分格式[2],翅片表面温度采用常温的方式计算。
波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟
波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟曹先慧;马贵阳;王雷;姚尧;高艳波;莫海元;刘金彪【摘要】基于有限容积法建立波纹翅片管换热器流体流动与传热的计算模型，在不同送风速度工况下，分别对6种不同波纹倾角结构换热器内流体的流动及传热进行了数值模拟，分析了流道内的温度场、压力场及速度场的变化规律，得到了换热量、压降以及出口温度随入口风速变化的规律。
结果表明，换热量、压降以及出口温度均随波纹倾角的增加而增大；换热量随着送风速度的加快而增加，压降及出口温度随着送风速度的加快而降低；翅片板间流体的流动与传热存在比较明显的不均性，导致换热管背风侧存在明显的传热“死区”。
%Based on finite volume method ,a three-dimensional calculation model of a wavy fin exchanger was built up for fluid-flow and heat-transfer study ,and using CFD software ,numerical simulation were carried out for fluid flow and heat transfer inside the heat exchanger of 6 different inclination angles under conditions of different air velocities .The variations of the temperature field ,pressure field and velocity field in the channels were analyzed ,and the variations of heat transfer , pressure drop and outlet temperature with the inlet velocity were obtained .The results show that the heattransfer ,pressure drop and outlet temperature increases with the increase of the corrugation inclination ;the heat transfer increases while the pressure drop and outlet temperature decreases with the rising flow velocity ;obvious non-uniformity of flow and heat transfer exists between the fins ,resulting in obvious heat transfer "dead zone"at the leeward side of the heat transfer tube .【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P43-46)【关键词】波纹翅片;对流换热;数值模拟【作者】曹先慧;马贵阳;王雷;姚尧;高艳波;莫海元;刘金彪【作者单位】辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001; 胜利油田森诺胜利工程有限公司，山东东营257000;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001;武汉钢铁集团鄂城钢铁有限责任公司，湖北鄂州436002【正文语种】中文【中图分类】TE965;TB657.5波纹翅片管换热器是一种新型高效的紧凑型换热器，在能源、化工、制冷、航空航天等多种领域被广泛应用。
开缝翅片管式换热器的换热与流动特性数值模拟
一、前言随着科技、工艺的发展和能源的短缺，工业对换热器的依赖性越来越大，要求换热器设备紧凑、高效、轻巧，这促使人们去研究新型高效换热器，其中翅片管换热器是人们研究得最多的高效换热器之一。
经过多年的发展，翅片管换热器的管外翅片由无缝平直翅片发展成波纹翅片、百叶窗式翅片、开孔翅片，开缝翅片等多种高效形式。
相关学者对开缝翅片进行了一些研究。
蒋翔、李晓欣等人分析了在不同应用条件下翅片管的应用情况，并给出了应用结果，为翅片管换热器的应用方法提供了借鉴[1]；徐百平、吴清鹤等人建立了双缝翅片管翅式换热器三维物理模型，对换热器内的流动与传热进行了数值模拟研究。
结果表明，双缝片可使传热提高22.7%～42%[2]；Ju-Suk B 、Jinho L 等人通过安排翅片位置和改变翅片特性来研究翅片造成的压力降和传热特性，分别研究了百叶窗式翅片、双边开缝翅片、单边开缝翅片和无缝翅片的JF 因子[3]。
本文主要是通过对翅片管换热器进行模拟计算，研究其开缝形式和开缝大小对流动和换热性能的影响，最终确定合适的开缝翅片形式。
二、翅片管换热器模型的建立与计算1.确定模型。
本文所研究是某款空调室外机所用的翅片，所选用的翅片管式换热器初始结构参数如表1所示。
管束采用叉排形式，且成等边三角形分布，任一相邻两管的间距为25mm ，管外径9.52mm ，管壁厚1.2mm ，翅片厚1mm ，翅片间距为3mm 。
模型构建及数值模拟的部分如图1所示。
2.分析计算模型的类型。
本文主要对五种翅片开缝形式的翅片进行模拟计算，包括无开缝形式、三角开缝翅片管式换热器的换热与流动特性数值模拟张小青（青岛大学附属中学，山东青岛266071）摘要:翅片管换热器是一种高效换热器，为了进一步强化换热，对翅片换热器进行不同形式的开缝。
采用CFD 模拟方法对七种不同开缝形式的翅片管换热器流动和换热进行了数值模拟。
根据计算结果分析了不同开缝形式换热器的压降和温度分布，经过比较分析，最终确定了最佳的开缝形式。
矩形翅片椭圆管空冷侧空气流动热力过程的三维数值模拟
矩形翅片椭圆管空冷侧空气流动热力过程的三维数值模拟摘要：利用Flunet软件对发生在电站空冷器矩形翅片椭圆管翅片表面空气流动和传热过程进行了数值模拟，获得了有代表性的翅片表面温度分布、压力分布、表面气流速度矢量图和相关计算结果。
分析了翅片入口风速对翅片表面的温度、气流流动、换热系数、换热量的影响。
关键词：FLUNT；翅片椭圆管；气流；换热；风速0 前言我国是一个水资源短缺的国家，随着国家电力建设可持续发展战略的实施，水资源缺乏已成为困扰我国北方主要产煤区火电建设发展的主要因素之一。
空冷技术作为一项经济而又相对环保的节水途径，就是为解决在“富煤缺水”地区或干旱地区建设火力发电厂而逐步发展起来的。
本文利用FLUENT 软件，在对物理模型进行了合理的简化处理的基础上，对空冷器翅片椭圆管翅片表面的空气流动和传热情况进行了模拟计算研究，分析了翅片的入口气流速度对于翅片表面温度分布、气流流动、翅片换热系数和换热量的影响，并得出相关结论。
1 翅片椭圆管简介空冷器中常采用翅片换热器来增强其换热效果，其基本构造是制冷剂在铜管中流动，根据不同结构的尺寸或者换热量要求，换热器可是一排或多排，翅片也有平片、波纹片及冲缝片等不同形式。
它整个的换热过程为：冷凝器换热铜管中高温制冷剂气体的热量通过导热的形式传递给了套在其外面的翅片，翅片上的热量再以对流方式传递给了翅片表面的冷空气（常温），通过不停地吹入新的冷空气来达到增强冷却的作用。
由于换热铜管外套的翅片的形状不同，换热的效果自然有好坏之分。
2三维模拟计算过程2.1 计算工况和计算域的确定计算工况选取冷凝器中制冷剂的冷凝过程，此时冷凝器中的翅片向外界散热，选取319K为冷凝温度，本问题中的计算域为双翅片空气流过的区域。
翅片结构的各种参数见如下表。
表1 翅片椭圆管参数表2.2 物理模型的建立—GAMBIT 建模建立三维模型和网格划分及边界条件的设定在GAMBIT 模块下完成，这是FLUENT计算的前处理过程，网格为四面体网格，网格总数分别为19271 个，网格质量在以0.8下在GAMBIT模块下设定其边界类型与流体类型如下：进口为速度入口，出口为自由压力出口，管壁为恒温边界条件，边界为恒温边界条件，流体为空气（设为理想气体）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
作者简介：尹
斌 （９ ５） １ ７ 一 ，男 ， 士，主要从事空调系统优化 仿真与多相流的研究 ． 博
维普资讯
热 科 学 与 技 术
ｌ ２ Ｘ
卜
第６ 卷
Ｃ－ （ ｋ Ｃ Ｇ ）一 Ｃ Ｔ ＋ ｓ ｂ Ｇ ２
Ｃ１— １ ４４，Ｃ２一 １ ９ ． ． ２，Ｃ 一 ０ ０９， ．
片的对 流换 热［４。 ２］ － 动量 方程
鞘圈 豳 阁圈隧
图 １ 典 型 的翅 片结构
Ｆｉ ． Ｒｅ ｒ ｓ ｎ ａ ｉ ｅ： ｓ ｔ ｕ ｔ ｒ ｇ １ ｐ ｅｅ ｔ ｔ ｖ ［ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｎ
毒舰 ． 老十 Ｐ （ （ 一 一 象十ｇ ２ ｆ ） 考十 ］号蓦 ｃ ） ３ 一
一
能量 方程
（ （ ） ｐ ｕ 一
标准 愚ｅ 程 一方
ｐ ｅ— ＹＭ
㈤
（） ５
基 ＝ ［ 差十 Ｇ ｃ 基 ）］ 十 十 一 毒 ： （ 毫十 ｃ ［十 ）］
收 稿 日期 ：２ ０ —８２ ； 修 回 日期 ：２ ０— ５３． ０ ６０ －１ ０ ７０— Ｏ
大 ， 过 ｓｉ １型 翅 片 的 阻力 最 小 。 流 ｌ一 ｔ
关键 词 ：开 缝 型翅 片 ；流动 ；传 热 ；数值模 拟
中 图分类 号 ： ＴＫＯ ５ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引 Biblioteka 言 开 缝 型 翅 片 的 表 面 几 何 结 构 复 杂 ， 难 用 完 很
整 的数 学模 型描述 ， 先前 的研究 以实验 为主 。 本文
０ ０ ０
８ ８ ８
片 长度 ， 以保证 出 口无 回流 。
研 究 对 象 为三 种 型式 的 开缝 片 ， 别 是 单 边 分
开缝 的 ｓｉ １型翅 片 ， ｌ一 ｔ 双边交 替 开缝 的 ｓｉ ２型 翅 ｌ一 ｔ 片及 双 边 交 替 开缝 的 ｓ ｔｘ型 翅 片 。 片 间 距 为 ｌ— ｉ 翅 ２ １ ． ２ｍｍ， 片厚 度为 ０ １ ５ｍｍ，管横 向间距 为 翅 ． １ ２． ２ ０ｍｍ， 纵向间距为 １ ． ２７ ｍｍ。 缝结构尺寸见表 １ 。 表 １ 缝结构 尺 寸
用数 值 模 拟 的方 法 研究 三 种 型式 的开缝 翅 片 ， 从 而对 比分析其 换热 性 能及 阻力损失 。
在 制冷 空调 领域 ， 中小型 制冷装 置 如单元 机 、
恒温恒 湿机 、 净机 、 洁 热泵 等基 本上 都是使 用翅 片
管 式换 热 器作 为 蒸 发 器 和冷 凝 器 。 片 管式 换 热 翅
器 的翅 片有 多种 型式 ， 平翅 片 、 纹 片及 强 化翅 如 波
１ 控 制 方 程及 研 究对 象
采 用 Ｓ ＭＰ Ｅ Ｉ Ｌ Ｃ方 法对 开缝 型 翅片 的流 动与
片 ， 同型式 翅 片 的换 热 性 能有较 大 的差 异 ［ 。 不 １ 图 ］ １ 示 为 几 种 典 型 的翅 片 结 构 。 管 是 蒸 发 器 还 所 不 是冷凝 器 ， 由于 管 内发 生相 变 ， 沸腾 或冷凝 换 热系
Ｊ ｎ． ０ ｕ ２０ ７
文 章 编 号 ；１ ７ — ０ ７ ２ ０ ） ２ ０ ４ — ５ ６ １ ８ ９ （ ０ ７ ０ — １ １０
开 缝 型翅 片 流 动 与传 热 三 维 数 值 模 拟
尹 斌 ， 丁 国 良 欧 阳 惕 ，
（ ． 海 交 通 大 学 制 冷 与 低 温 工 程 研 究 所 ，上 海 ２ ０ ４ ； １上 ０ ２ ０
一 １ ．３
（） ６
一 １ ０， ．
Ｌ ｌ ｌ
２ ２
由于翅 片管 式换 热 器 的每 片翅 具 有 周期 性 ，
因此取 一 片 翅作 为计 算 对象 ， 算 区域 示 意 图见 计
图 ２ 入 口段 为 ０ ５ 翅 片 长度 ， 口延 长 ２倍 翅 。 ．倍 出 计 算 区域 进 口为速 度入 口条件 ， 口为 自由 出
Ｔａ 、 Ｓ ｉｓ ｔ ｕ ｔ ｒ ｎ ｉｅ ｂ １ ｌ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｓ ｚ ｓ ｔ
８
ｌ ｌ ｌ
２ ０ ０
出流 条件 。 ｚ方 向的两 个 边 界 面 为周 期 性 边 界 条
件 ， ｙ 方 向的 边界 上 ， 体 和翅 片都 为 对 称边 在 流 界， 管对 称 面为 恒 壁 温 边 界 条 件 。 计算 区域 内 在
２ 广 东 申菱 空调 设 备 有 限公 司 ，广 东 顺德 ５ ８ １ ． ２ ３ ３）
摘 要 ：通过数值模拟 ， 究空调 系统使 用的开缝型翅片 的传 热与阻力特性。 三种型式 的开缝 型翅 片进 行模 研 对
拟 ， 出了流场和温度场 。 得 通过对 比分析发现 ， 双边 交替 开缝 的 ｓｉ ２型翅片 ， ｌ一 ｔ 换热性能最好 ， 型双向开缝片 Ｘ 的性能次之 ， 单边开缝 的ｓｔ１ ｌ一 型翅 片换 热效果低 于前两种 。 ｉ 数值模拟还得 出， 空气流过 ｓｔｘ型翅片的阻力最 ｌ— ｉ
维普资讯
第６ 第２ 卷 期
２０ ０ ７年 ６月
热 科 学 与 技 术
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｈ ｒ ａ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｆＴ ｅ ｍ ｌ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｓ
Ｖｏ ． １ ６Ｎｏ ２ ．
传热 进行 数值 模拟 ， 基本 控制 方程 如下 ］ ：
连续 性 方程
（ ｕ ）一 Ｏ ｐ （） １
数较 大 ， 因此 传 热热 阻主要 在空 气侧 ， 改善 空气 侧
的换 热性 能是 当前 研究 的重 点 。 翅 片 表 面开 槽 在 或 开缝 是 提高 换 热 性 能 的有 效 途径 ， 因为沿 流 动 方 向的槽 、 可 以破坏 边 界层 ， 而 强化 空气 与翅 缝 从