板翅式换热器入口结构内流场的数值模拟
板翅式热交换器中一种新型正弦波纹流道的数值模拟
ห้องสมุดไป่ตู้
ＰＥ 石 ＣＨ Ｅ 化ＣＡＩ 设 ＰＭ Ｅ ＴＲＯ－ 油 Ｍ Ｉ 工 ＥＱＵＩ备 ＮＴ
Ｖｏ． １ Ｎｏ ５ １４ ．
Ｓｅ ｔ ０１ ｐ ．２ ２
文 章 编 号 ：１ ０ — ４ ６ ２ １ ） ５０ ０ — ４ ０ ０７ ６ （ ０ ２ ０ —０ ６０
时随振 幅增 大综合性 能不 断降低 ； ≥ １ ０时， 相 同 Ｒ ＲＰ ０ 在 下 。 着振 幅 增 大 ， 随 综合 性 能也 提 高 。模 型截 面 宽度 ２ ５ｍｍ、 面 高度 ５ｍｍ、 幅 ２ｍｍ、 弦波长 ３ ． 截 振 正 ０ｍｍ 时具有 最佳 的综合性 能 。
关 键 词 ：板翅式热交换器 ；正弦流道 ；数值模拟 ；综合性能
板 翅 式 热 交 换 器 中 一 种 新 型 正 弦 波 纹 流 道 的 数 值 模 拟
郝 建 设 ，董 其伍 ，刘敏 珊 ，王 丹
（ 州 大 学 河 南 省 过 程 传 热 与节 能重 点 实 验 室 ，河 南 郑 州 郑 ４００） ５０２
摘 要 ： 采 用 数 值 模 拟 方 法 对 板 翅 式 热 交 换 器 周 期 性 正 弦 流 道 中层 流 流 体 的 传 热 性 能 进 行 研 究 ， 得
中 图分 类 号 ：ＴＱ ０ １ ５ １ ５ ． ０ ；Ｔ ６ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄｔ１ ． ９９ ｊｉ ｎ １０ —４ ６ ２ １． ５ ０ ２ Ｅ９ ９ ｏ：０ ３ ６ ／ ｓ ． ００７ ６ ．０ ２ ０ ． ０ ．ｓ
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｗ ｐ ｆ Ｓ ｎ ａ ｅ ｆＰｌ ｔ— ｉ ｅ ｔＥｘ ｈ ｎｇ ｒ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔｏ ｆ ａ Ｎｅ Ｔｙ ｅ ｏ ｉ ｅ Ｃｈ ｎｎ ｌｏ ａ ｅ ｆｎ Ｈ ａ ｃ ａ ｅ ＨＡＯ ｉｎｓ ｅ ＯＮＧ － ，ＬＩ Ｍ ｉ—ｈ ｎ，Ｗ ＡＮＧ ｎ Ｊ ａ －ｈ ，Ｄ ＱｉＷＵ Ｕ ｎ ｓ ａ Ｄａ
板翅式换热器翅片通道流场的数值模拟及结构改进
板翅式换热器翅片通道流场的数值模拟及结构改进板翅式换热器是一种广泛应用于工业生产和能源领域的换热设备。
在翅片通道内的流场特性对换热器的传热效果至关重要。
本文通过数值模拟对板翅式换热器翅片通道流场进行分析，探讨结构改进的可能性。
首先，我们需要了解板翅式换热器的基本结构。
它由一系列平行排列的金属板和连接层以及纵向穿插的翅片组成。
翅片的作用是增加换热表面积，提高换热效率。
在换热器工作时，热介质通过翅片通道流动，与金属板接触，实现热量的传递。
数值模拟是近年来广泛应用于研究流场特性的方法。
我们可以利用计算流体力学（CFD）软件，如FLUENT，建立一个板翅式换热器翅片通道的三维数学模型。
通过选择合适的边界条件和材料参数，可以在计算域中模拟出流场的内部流动情况。
在模拟过程中，我们将关注流场的速度和压力分布，以及湍流和热传递等相关参数。
通过数值模拟，我们可以定量地评估不同结构参数对流场特性和换热效果的影响。
例如，我们可以改变翅片的高度、间距和形状等参数，观察其对流动阻力和传热情况的影响。
通过数值模拟，我们可以发现板翅式换热器翅片通道中存在的一些问题。
首先，由于翅片的存在，流场在通道中会产生较强的湍流。
这会增加流动阻力，使能量损失增大。
其次，由于翅片间距较小，流体在通道中的流动速度不均匀，导致换热效果下降。
为了改善这些问题，我们可以进行结构改进。
一种可行的方法是通过改变翅片间距和形状，优化流场的分布。
例如，增加翅片间距可以减少流动阻力，降低能量损失。
同时，采用特殊形状的翅片，如波纹翅片或扇形翅片，可以改善流场的均匀性，提高传热效率。
另外，我们还可以借鉴其他领域的结构设计思路，如生物学中的生物翅片结构。
这些结构在自然界中已经得到了优化，具有较好的流场特性和传热性能。
我们可以通过数值模拟和仿生学方法，将这些优化结构引入到板翅式换热器中，进一步改善其性能。
综上所述，本文通过数值模拟分析了板翅式换热器翅片通道的流场特性，并探讨了结构改进的可能性。
板翅式换热器热力学特性的数值模拟和试验研究
板翅式换热器热力学特性的数值模拟和试验研究铝制板翅式换热器以自身结构紧凑、体积小和经济性好等突出的优点,在航空航天、制冷空调、空气分离等领域得到越来越广泛的应用。
翅片的类型、结构尺寸以及内部流动特性是影响换热器性能的重要因素,而锯齿形翅片在板翅式换热器的应用中占有重要的地位,因此针对其内部的传热和流动特性的研究显的尤为重要。
近年来国内外提出通过计算流体力学(CFD)模拟分析方法来优化其几何结构参数。
通过CFD方法,在获得直观、快捷的同时大幅度地减少了试验研究工作量,并且可以清楚地了解翅片内部流场和温度场,以及压力、温度、速度等热力学参数的分布和变化情况,进而实现换热器设计方案的优化和改进。
有关学者在这方面也作了一定的研究。
由于换热器内部的结构非常复杂,并且换热器内的翅片、隔板及冷热流体之间是一个相互耦合传热的问题,隔板温度和翅片表面温度并不是一个定值,而是沿着冷热流体流动方向和翅片高度方向存在着温度梯度,这一影响因素在以前的研究中都未加以考虑。
为进一步优化高效换热器的结构参数和设计方案,本文在前人的试验和理论研究基础上,以铝制板翅式换热器中常用的锯齿形翅片为研究对象,采用计算流体力学(CFD)方法对板翅式换热器内部的耦合传热特性进行了三维数值模拟,并且通过试验加以验证。
在此基础上,分别分析了锯齿形翅片的翅片高度、翅片厚度和翅片间距对其传热和流动特性的影响。
空气循环制冷系统中板翅式换热器性能的数值模拟
直接销售为 主， 无 品牌 产 品 居 多 。初 加 工 产 品 以 干 果 和 冷冻 果 为 主 ， 纯果 浆 仅 占较 小 的 比率 ， 但 纯 果 浆 在 生 产
和 流 通 中存 在 的 问 题 较 多 ， 如包装简 陋 （ 通 常 为 塑 料 桶
食 品 与 加 工
猛， 由于 酒 类 的 酿 造 工 艺 要 求 原 料 果 含 量 较 高 ， 营 养 成
分较之果汁要求偏高 ， 具 有 一 定 的 滋 补 和 保 健 功 效 。不 同 品牌 的蓝 莓 酒 大 概 有 ２ ０多 个 品种 ， 生 产 企 业 均 分 布 在野生蓝莓产地 ， 只有 青 岛一 家是 委 托 加 工 的形 式 。
高 蓝 莓 的综 合 经 济 收 益 。
参考文献 ：
［ １ ］张广 燕 ， 刘云强 ， 徐 ［ ２ ］刘 凌． 蓝莓加工及贮藏保鲜技术 ［ Ｊ ］ ． 辽 宁 农 业
职业 技 术 学 院学 报 ， ２ ０ １ ３ ， １ ５ （ ２ ） ： １ ２ ～１ ３ ．
蓝 莓 果 汁 是 以蓝 莓 为 主 要 原 料 ， 通 过 添 加 适 当 的甜 味剂 、 酸度调 节 剂等 ， 研制 出的风 味独 特 的果 汁饮 料 。 蓝 莓 果 汁是 中 国 目前 市 场 上 最 主 要 的蓝 莓 加 工 品 ， 在 品 牌数量 、 消费总 量 、 知 名度 方 面均 处 于加 工 品的前 列 。 中 国市 场拥 有 独立 品 牌 （ 不 考虑包装 容量 ） 的 蓝 莓 果 汁 品种约 ３ Ｏ余 种 。 ３ ． ４ 蓝 莓 果酒
（ ９ ）． ］ ６ ８ ．
一 ＝ 萋 一
（ 上接第 ３ １ ６页 ）
板翅式换热器翅片性能数值模拟及其优化
板翅式换热器翅片性能数值模拟及其优化摘要：为提升板翅式换热器的综合性能，采用数值模拟方法，探究翅片结构参数对板翅式换热器翅片的流动传热特性的影响。
结果表明，减小翅片长度可以增强板翅式换热器的换热效果，但同时也会增加换热器的阻力，因此要根据实际情况进行综合考虑；在研究范围内，翅片长度在l=5m时，翅片的JF因子最高，综合性能最好；模拟结果在v=5m/s的综合换热效果是最好的，说明在低雷诺数的情况下换热性能要优于高雷诺数的条件。
研究结果可以为板翅式换热器错位翅片的优化设计提供理论指导。
关键词：板翅式换热器；错位翅片；换热性能； JF因子1引言板翅式换热器广泛应用于空分、航天、化工等领域，得益于其传热效率高、紧凑轻巧、适应性强等优点，可在200℃到接近绝对零度的温度区间内工作。
科技工业的发展，对板翅式换热器的综合性能有了更高的要求，主要体现在板式换热器的翅片上，其结构尺寸对换热器的性能影响较大，因此研究翅片结构如何影响板翅式换热器就有重要的应用价值。
本文来源于高温空气换热的实际工程背景，以板翅换热器错位翅片为研究对象，对翅片取不同长度进行建模，利用数值模拟方法，研究错位翅片通道内流场的换热特性，分析结构参数对其换热性能的影响，以JF因子最大为优化目标，对错位翅片结构进行优化研究。
2几何结构及计算模型2.1物理模型及边界条件图1为计算物理模型，其中翅片参数包括翅片高度h、翅片间距s、翅片长度l、翅片厚度t、模型长度L。
为了使流体在翅片入口前端处于充分发展状态，进口段延长了20mm；为了避免出口出现回流现象，出口段延长了50mm。
由于翅片入口前端流体分配均匀，入口边界条件设为速度入口，入口温度为313K。
由于在翅片结构的进出口处添加了延长段，为了维持通道内的雷诺数不变，需要将延长段入口速度进行换算，计算方法如下：本文中当量直径定义为：式中——流体流通截面的面积，m2；——流体流通截面的湿周，m。
出口为了防止回流现象，设为压力出口；上下隔板表面边界条件设为定壁温(443K)；侧面设定为对称边界条件，板翅材料为铝，通道流体为空气。
翅片管换热器内部空气流场的数值模拟与实验研究_鹿世化
第61卷 第6期 化 工 学 报 Vo l .61 N o .6 2010年6月 CIESC Journal June 2010研究论文翅片管换热器内部空气流场的数值模拟与实验研究鹿世化1,2,刘卫华1,余跃进2,黄 虎2(1南京航空航天大学航空宇航学院,江苏南京210016;2南京师范大学动力工程学院,江苏南京210042)摘要:空气侧换热是制约翅片管换热器发展的一个主要因素,而风机-换热器单元的内部空气流场分布对空气侧的换热影响显著。
本文用数值模拟和实验两种手段对一种“U ”型翅片管内部空间的空气流场进行了研究。
通过商用软件对该空间进行了三维数值模拟,研究结果给出了整场流速的详细分布。
用干冰作为材料,对该空间进行了可视化发烟实验。
在不同高度的速度分布上,数值模拟与实验结果吻合较好。
结果显示正对风机的速度最大,换热最好。
本研究为翅片管的优化提供了数据,为本领域的研究者提供了一个新的思路。
关键词:翅片管换热器;内部流场;CF D ;可视化;发烟实验中图分类号:T K 124 文献标识码:A文章编号:0438-1157(2010)06-1367-06N umerical and experimental investigatio n of interio rairflow in fin -and -tube heat exchangerLU Shihua 1,2,LIU Weihua 1,YU Yuejin 2,H UANG H u 2(1School of Aerospace Engineering ,N anjing Univ ersity o f Aeronautics and Astronautics ,N an jing 210016,J iangsu ,China ;2S chool of Power Engineering ,N anj ing N ormal University ,N an jing 210042,J iangsu ,China )Abstract :The airside heat transfer is a major problem that restrains the develo pment of fin -and -tube heat e xchanger ,o n w hich the airflo w w ithin the space in the unit of fan and heat ex change r has significantinfluence .In this study ,the interior airflow of a U ty pe fin -and -tube heat exchanger is investigated numerically and ex perimentally .Fluent code is used to simulate the flow in the space and air velocity distribution in the w ho le field is obtained .Ex periment is conducted by using dry ice and a smo ke generato r is used fo r fluid flow visualization .The numerical results fo r the air velocity distributio n at different height ag ree w ell w ith the ex perimental measurements .T he velocity in fro nt of the fan is the hig hest and the heat transfer in this area is stronger .The results pro vide data for optimizatio n of fin -and -tube heat ex chang er and a new ideal for desig ners in this field .Key w o rds :fin -and -tube heat ex changer ;interior airflow ;CFD ;visualizatio n ;sm oke test 2009-11-20收到初稿,2010-03-26收到修改稿。
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
翅片换热器的数值模拟与结构优化
翅片换热器的数值模拟与结构优化李健1，焦凯1，张恒2，陆建3（1.常州大学机械工程学院，江苏常州213164；2.常州市金坛区检测检验中心，江苏常州213200；3.常州贺斯特科技股份有限公司，江苏常州213127）来稿日期：2019-02-07基金项目：江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目资助（BY2014037-24）作者简介：李健，（1963-），男，江苏常州人，硕士研究生，副教授，主要研究方向：特种装备技术1引言随着工业规模极速发展，大型设备功率增加，产生的热量也随之急剧增加，这使得换热器的热设计工作面临严峻的挑战[1]。
国内外学者针对换热器换热量的研究越来越多，提出了很多提高翅片管换热器性能的方法，并进行了数值模拟分析。
其中最具特点的波纹翅片换热器通过改变翅片结构，不仅显著增加了换热面积，还改变了空气流动方向，使换热器整体散热能力大幅度提高[2-3]，国内部分厂家还生产了具有内螺纹槽结构的换热器，通过改变铜管内部结构，使流体产生紊流[4]，增加换热量。
但在换热效果增强的同时，因结构设计导致的泄漏问题较为严重，新型换热设备的研发已迫在眉睫。
利用Icepak 仿真软件对波纹翅片换热器进行三维数值模拟，获得与原内槽式换热器换热量最为接近的结构。
最终通过试验，对新旧换热器进行全方面的抗性对比，验证方案的可行性，以此解决舰船换热器因结构设计而造成的漏水漏氟问题。
2结构失效分析2.1铜管结构金相分析通过解剖检验，该舰船上使用的的铜管系列内表面均带螺旋槽，导热性能要比光管提高（20~30）%[5]，通过对某舰船换热器管道的解剖检验，取3处样品，发现图1所示的3号管典型的内生缺陷最为严重。
同时还发现在弯管处迎水流方向的内壁部位腐蚀严重，发生多处折叠现象。
由于管道内介质流速达1.5m/s ，长期高速冲刷管道内壁，造成管道内壁槽根处发生应力集中，造成冲刷腐蚀，形成了许多折叠现象，蚀坑受介质冲击力最大处逐渐向外扩展，进而形成大面积的溃疡，导致管壁减薄，甚至洞穿。
超临界LNG板翅式换热器的数值模拟
超临界 LNG板翅式换热器的数值模拟摘要为了提高LNG板翅式换热器的传热性能, 基于Fluent的数值模拟对超临界LNG在板翅式换热器中的换热特性进行分析。
利用SST κ-ω湍流模型的数值模拟方法研究超临界LNG在板翅式换热器内的流动与换热特性，重点研究了不同流速以及不同壁面温度对板翅式换热器换热性能的影响，为利用LNG冷能的板翅式换热器的优化设计提供了参考和借鉴。
结果表明超临界LNG的传热系数随入口速度的增加而变大，达到临界温度前上升，达到临界温度后下降。
随着壁面温度的增加,换热系数变小,换热系数的峰值前移。
研究结果可为LNG冷能在板翅式换热器中的应用提供理论与数据支持。
关键词:换热；超临界LNG；板翅式换热器；数值模拟AbstractIn order to improve the heat transfer performance of LNG plate-fin heat exchangers, the heat transfer characteristics of supercritical LNG in plate-fin heat exchangers were analyzed based on Fluent's numer ical simulation. The numerical simulation method of SST κ-ω turbulence model was used to study the flow and heat transfer characteristics of supercritical LNG in plate-fin heat exchangers. The heat transfer performance of plate-fin heat exchangers with different flow rates and different wall temperatures was mainly studied. The impact provided reference and reference for the optimization design of plate-fin heat exchangers using LNG cold energy. The results show that the heat transfer coefficient of supercritical LNG increases with the increase of the inlet velocity, increases before reaching the critical temperature, and decreases after reaching the critical temperature. Asthe wall temperature increases, the heat transfer coefficient becomes smaller and the peak of the heat transfer coefficient moves forward. The research results can provide theoretical and data support for the application of LNG cold energy in plate-fin heat exchangers.Keywords: Heat transfer; supercritical LNG; plate-fin heat exchanger; numerical simulation0引言随着国民经济的发展，以及煤化工、钢铁和石化等上游产业的快速发展，空分设备的需求旺盛，空分设备产业将呈现高速增长。
板壳式热交换器入口管箱流体分布数值模拟及结构优化
沸腾传热特 性 的 实 验 研 究［Ｊ］．动 力 工 程 学 报，２０１６，３６
Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ＆ ｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９（１）：１２２１３２． ［８］ ＢＲＡＣＫＢＩＬＬＪＵ，ＫＯＴＨＥＤＢ，ＺＥＭＡＣＨ Ｃ．ＡＣｏｎ
ｔｉｎｕｕｍ ｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ ｎａｌｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｐｈｙｓｉｃｓ，１９９２，１００（２）：３３５３５４． ［９］ 孙东亮，徐进 良，王 丽．求 解 两 相 蒸 发 和 冷 凝 问 题 的 气 液 相 变 模 型 ［Ｊ］．西 安 交 通 大 学 学 报 ，２０１２（７）：７１１． ＳＵＮ ＤＬ，ＸＵＮＪＬ，ＷＡＮＧ Ｌ．Ａｖａｐｏｒｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍｏｄｅｌｆｏｒｔｗｏｐｈａｓｅｂｏｉｌｉｎｇａｎｄｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎｊｉａｏｔｏｎｇｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２（７）：７ １１．
板壳式热交换器入口管箱流体分布数值 模拟及结构优化
姚 立 影１，２，侯 霄 艳１，２，郝 开 开１，２，张 涛１，２，王 立 奎１，２，姬 玉 波１，２
（１．上 海 蓝 滨 石 化 设 备 有 限 责 任 公 司 ，上 海 ２０１５１８； ２．甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃 兰州 ７３００７０）
ｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，２０１４．
ＧＢ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｏｆａｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｆｅｅｄ ［１３］ 周云龙，张超，李 洪 伟，等．３×３ 棒 束 通 道 内 低 速 流 动
ｓｔｏｃｋｉｎｔｈｅｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎｏｆａｓｔｅａｍ ｃｒａｃｋｅｒ［Ｊ］．
中图分类号：ＴＱ０５１．５０３；ＴＥ９６５．０３ 文献标志码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００７４６６．２０１９．０２．００７
板翅式换热器流道中流体流动与传热的数值模拟研究
收稿日期:2007-09-04董其伍(1941- ),教授;450002河南省郑州市。
板翅式换热器流道中流体流动与传热的数值模拟研究董其伍 王 丹 刘敏珊 宫本希(郑州大学化学工程学院)摘 要 对板翅式换热器平直翅片流道中流体流动与传热的性能进行了数值计算,得出了七种不同高度、厚度和翅片间距大小的翅片流道中流体平均N u 数和压力降随R e 数变化的曲线。
关键词 板翅式换热器 平直翅片 数值模拟Num er i ca l si m ul a ti on of flu i d flow and hea t tran sfer i n channelsof pl a te -f i n hea t exchangerDong Q i w u W ang Dan L iu M inshan Gong Benxi(Zhengzhou University )Abstract Fluid fl ow and heat transfer in p lain -fin channels of p late -fin heat exchanger have been calculated in this paper .The average N u and p ressure dr op curves of fluid with R e changing in seven different height,thickness and fin s pacing channels have been p resented res pectively .Keywords p late -fin heat exchanger p lain -fin nu merical si m ulation图1 平直翅片模型L —翅片高度 δ—翅片厚度 m —翅片间距 L W —翅片有效宽度 x —翅片内距x =m -δ y —翅片内高y =L -δ引言板翅式换热器由于具有体积小、质量轻、效率高、适应性强等一系列优点,在石油、化工、空气分离、制冷空调以及航天航空、电子等诸多工业领域得到越来越广泛的应用。
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%。
相变换热混合工质板翅式换热器流动与传热数值模拟
临界压力 pc kPa 3. 399
临界体积 vc cm3 /km o l 3. 22
临界压缩因子 ze
0. 292
4. 604
0. 099
0. 288
4. 880
0. 148
0. 284
3. 797
0. 255
0. 274
4. 2 边界条件与计算求解
计算结果给定。在求解过程中, 当连续性方程、动
边界条件: 压力进口, 压力出口; 侧面为对称 量方程和能量方程中变 量的残差均不发 生变化
26
低温技术
在温度 147. 94K 左右突然降低; 压力梯度总体上 随温度升高而增加。
Cryogen ics
第 4期
由图 11、12可知, 在 130K < T < 140. 63K 的 范围内, B流体为气液两相, 在 140. 6K< T < 168K 的范围内, B 流体气相。从 B 流体通道传热系 数数值模拟结果中可以看出, 传热系数随温度增 加先降低后增加; 压力梯度随温度升高而增加。
由 图 13、14 可知, C 流 体为气液 两相流 体。 从 C 流体通道传热系数数值模拟结果中可以看 出, 传热系数随温度增加而降低; 压力梯度随温度 升高先增加, 在温度为 160K左右开始降低。
D 流体通道传热系数、压力梯度见图 15、16。 D 流体为气相。从 D 流体通道传热系数数值模拟 结果可以看出, 传热系数与压力梯度均随温度增
4 物性计算、边界条件与计算求解
SRK 方程计算得出的混合工质物性参数, 将具有 相变两相流体物性分三部分处理: ( 1) 泡点以下
4. 1 低温混合物两相流物性计算 天然气的基础物性数据分为热力学性质与迁
板壳式换热器板管内流场的数值模拟研究
kgK)－１]
４１７８．
３
粘度/(
Pas－１)
)－１]
导热系数/[W(mK
密度/(
kgm－３)
０．
７６４４
０．
６１８３
９９５．
２５
板壳式换热器换热板内介质的模拟计算利用
计算流体力学的 方 法,采 用 模 拟 计 算 中 剪 切 应 力
输运 (
She
a
rS
t
r
e
s
s Tr
anspo
型及实物如图 ２ 所示.
管式、扭曲管式、螺旋板式、折流杆式、板壳式换热
器等应运而生.其中板壳式换热器是介于管壳式
换热器和板式换 热 器 之 间 的 一 种 结 构 形 式,兼 顾
了管壳式换热器 和 板 式 换 热 器 的 优 点,可 有 效 提
高炼油化工企业的经济效益和装置运行的效能.
板壳式换热器 由 于 换 热 板 片 的 特 殊 结 构,也
和 T 条件;给定计算模型的出口边界条件为压 力
出口,背压(速度入口及压力出口);给定换热板管
静设备
石 油化工设备技术,
２０２０,
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板壳式换热器板管内流场的
数值模拟研究
张洋乐
(中国石化工程建设有限公司,北京 １００１０１)
摘 要:通过运用计算流体力 学 (
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板翅式换热器夹层结构等效模型研究及数值分析
参 数 ，导致仿 真分 析不 能直接 进行 ，因此 需 要采 用 等 效 的方法对 夹层 结构 进行处 理 。
等效理 论在 有 限元 分析 中得 到 了广 泛 应 用 ，目 前 国 内外在 夹层 结构 等效方 面 的研究 已经取 得显 著 成果 ，依据 不 同的夹层 结构 可 以分为 多种 类 型 ，如 蜂 窝夹层结构 、波 纹夹层 结 构、点阵 夹层结 构 等 Ｊ。 Ｒａｖｉｓｈａｎｋａｒ Ｂ等 采用有限元 分析法对 波纹板进行过 等效研究 ，取得了很好 的效 果 。张 芝年等 根据 Ｈｏｆ 型夹 层板 弯 曲理论 ，采用 有 限单 元法 推 导 夹 层 板 单 元 的刚度矩 阵 、质量矩 阵 ，用 以计 算一 般 夹层 板 的变 形 、应力或 自由振动 。富明慧 等 对具 有蜂 窝芯层 的 夹层板进行 了等效 力学 参数 研究ห้องสมุดไป่ตู้。Ｃｈｅｎｇ ＱＨ等 ｌｌ０＿ 应用有限元等效分析方法 ，研究 了多种夹芯层合板 的等 效 刚度 ，并 通过算 例验 证该 方法 的有效 性 。
２ 板翅式换热器夹层结构 等效模 型建立
板翅 式换 热器是 由上 下金 属隔板 和 中 间锯齿 形 散 热翅 片叠加成 的金 属夹层 结构 。由于 锯齿 形翅 片 具有 一定 的周 期性 ，在 有 限元分 析过 程 中 ，需 要从 夹
收 稿 日期 ：２０１５．０８．１９ 基金项 目：吉林省与中国科学院科技合作高技术产业化专项资金 （２０１３ＳＹＨＺ（］００５）；中国科学院国防科技创新重点部署项 目 （Ｙ４５１３７Ｆ１４０） 作者简介 ：冯琨程 （１９８６一），男 ，硕士 ，研究实习员 ，主要研究方 向为复杂结构动力学分析 、复合材料设计与分析，ｅｕｐｉｄｉａｎ＠１６３．ｃ０ｍ。
１０
计算流体力学——翅片管换热器Fluent数值模拟
网格质量检查：基 本合格
倾斜度<92%，长 宽比<5
导出mash文件
第8页
均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
fluent设置：
检查网格 Display—Check
最小体积不能为负值
显示网格 Display—Grid
设置单位 Display—Scale 本例以毫米为单位
第9页
均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
选择计算模型：
设置求解器
Display---Models---solve 保持默认
设置能量方程
Display---Models---Energy 选中 Energy Equation
设置操作环境
本例不考虑重力影响， 保持默认
设置流体物理属性
本例文空气 保持默认即可
第10页
均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
选择simple方法，二阶 迎风格式
流场初始化
Solve---Initialize
开始迭代
Solve---Iterate 迭代次数是500
第11页
均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
残差图显示计算收敛，此时迭代到225步
速度分析：
在入口处，在最窄流通面的两侧流体速度 升高很快，等值线分布较为密集。在管子 后侧，流体边界层发生分离，形成回流区， 速度较低。
第3页
均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
在Gambit 中建立模型 启动Gambit，选择求解器fluent5/6
首先根据上面的翅片尺 寸建立一个波纹形平面， 然后Sweep faces，拉 伸成体，即沿线段拉伸 成三层体。如右图所示：
第4页
均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
根据尺寸建立同心 圆柱体，通过剪切 得到环状体，通过 复制移动得到计算 区域图形，如右图：
板翅式换热器封头结构的数值模拟
径向动量方程
2 ρ 5 (ρ uv ) 1 5( r v ) 1 5 (ρ vw ) 5p + + =+ 5x r 5r r 5θ 5r
( 5 μ 5u 5 5v 1 5 μ μ r5 w / r) + r + e 5x e 5r r5 r 5r r 5θ e 5r
-
2μ e
r
2
1 5w v + r 5θ r
式换热器效能的影响高达 25 %. 对板翅式换热器 封头结构物流分配的研究采用 “数值试验” — — — 计 算流体力学 ( CFD ) 方法来模拟计算并优化设计方 案 , 不仅可减少试验研究的投入 , 而且获得的结果 直观 、快捷 . 目前 , 应用 CFD 研究板翅式换热器 封头设计的文献还少有报道 , 本文以 CFD 为工具 , 对目前工业中广泛使用的封头结构及两种改进型结 构进行了相应的计算 , 同时对数值计算结果进行对 比分析 , 为以后板翅式换热器封头结构的优化设计 打下基础 .
1. 1 物理模型
5 μ 5u 1 5 μ + r e 5 x e r5θ r 5r
1 5 μ r 5θ e 1 5w 2v + r 5θ r
+
1 5v w r 5θ r
r
+
μ e
r
图 1 为基本型封头 ( 定义为 A 型 ) 的物理模型 及其单元划分 , 模型尺寸是根据实际换热单元体的 几何尺寸模化而来 , 其主要结构尺寸为入口管直径 42 mm 、长 50 mm ; 封头瓜皮式结构 , 直径60 mm 、 长 250 mm. 选用混合的结构网格进行模拟计算 , 并且在靠近参数变化较大的地方采用密集网格 , 整 个模型网格数为 50913 个 .
板式换热器内流体速度分布的数值模拟
板式换热器内流体速度分布的数值模拟板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于多个领域，例如化工、电力、制造等。
了解板式换热器内流体速度分布的数值模拟对于设备的设计和性能优化具有重要意义。
本文将讨论板式换热器内流体速度分布的数值模拟方法以及其影响因素。
一、数值模拟方法1. 计算流体力学(CFD)方法计算流体力学是通过数值方法对流体运动进行建模和求解的一种方法。
在板式换热器内流体速度分布的数值模拟中，CFD方法被广泛应用。
该方法基于Navier-Stokes方程和质量守恒方程等基本流体力学方程，通过离散化方法将连续流场分割为有限个控制体积或控制体元，并在网格上求解这些方程组，以获取流体速度分布的数值解。
2. 网格生成在进行数值模拟之前，需要生成合适的网格。
对于板式换热器内部的流场分析，常见的网格类型包括结构网格和非结构网格。
选择合适的网格类型可以提高模拟的准确性和计算效率。
3. 边界条件设置在进行数值模拟时，需要设置合适的边界条件来定义流体的进出口、壁面及其他区域的性质。
边界条件直接影响数值模拟结果的准确性，因此需要根据实际情况进行合理选择。
4. 求解过程在求解过程中，通过迭代方法不断更新流体速度场的数值解，直到达到收敛条件。
经过足够的迭代次数后，即可得到板式换热器内的流体速度分布。
二、影响因素分析模拟板式换热器内流体速度分布时，以下几个因素需要考虑：1. 进口边界条件进口边界条件包括进口速度和进口质量流率等。
不同的进口条件会对流体在换热器内的流动方式和速度分布产生影响。
通过调整进口边界条件，可以对不同工况下的流体速度进行模拟和分析。
2. 换热器的几何结构换热器内部的几何结构，包括板片间距、板片角度等，会影响流体在板间流动的速度分布。
几何结构的不同将导致流体速度分布的差异。
因此，在模拟流体速度分布时，需要准确描述换热器的几何形态。
3. 换热器壁面效应换热器内壁面的条件是数值模拟中必须考虑的因素之一。
板式换热器流体流动特性数值模拟方案分析
板式换热器流体流动特性数值模拟方案分析板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、冶金、能源等工业领域。
对于板式换热器的流体流动特性进行数值模拟分析，可以为优化其设计和运行提供重要的参考依据。
本文将从数值模拟方案的选择、模型建立、求解方法以及结果分析等方面，对板式换热器流体流动特性数值模拟进行分析。
首先，对于板式换热器流体流动特性的数值模拟，选择合适的数值模拟方案非常重要。
常见的数值模拟方案包括有限体积法、有限差分法和有限元法等。
针对板式换热器的数值模拟，有限体积法通常被认为是比较合适的选择，因为它可以较好地考虑流体在小尺度上的变化，并且对于复杂的几何形状也有较好的适应性。
接下来，建立合适的数值模型是进行板式换热器流体流动特性数值模拟的关键步骤。
首先，需要确定换热板和流体的几何特征，包括板间距、板高度、板数等；其次，需要选择合适的流动模型和换热模型，例如雷诺平均N-S方程和k-ε湍流模型；最后，需要设置边界条件，包括入口速度、温度和压力等。
通过合理的数值模型建立，可以准确模拟出板式换热器内部的流体流动情况。
在数值模拟求解方法方面，可以采用压力-速度耦合的方法进行求解。
首先，通过离散化的方法将连续的流动方程转化为离散的代数方程，形成一个稀疏的线性方程组；然后，通过迭代求解该线性方程组，得到流体的速度和压力场分布。
在迭代过程中，可以采用SIMPLE算法或者其它更高级的算法来提高求解效率和收敛性。
最后，对板式换热器流体流动特性进行数值模拟后，需要对模拟结果进行分析和验证。
可以通过比较模拟结果和实际测试数据进行验证，并对流体流动特性进行详细的分析。
比如，可以分析流体的速度、压力和温度分布情况，探究流体在换热器内部的流动规律。
此外，还可以分析换热性能的指标，如传热系数和压降等，验证模拟结果的准确性。
总之，对于板式换热器流体流动特性的数值模拟方案分析，需要选择合适的数值模拟方案，建立准确的数值模型，采用适当的数值求解方法，并对模拟结果进行分析和验证。
板翅式换热器翅片通道中流体流动与传热的计算流体力学模拟_祝银海
y 方向动量方程
( ) ( ) ( ) ρ 5 v u + 5 vv + 5 vw 5x 5y 5z =-
本文的计算中 , 工质 He 为常物性不可压缩流 体 , 描述其流动与传热的控制方程如下 连续性方程
ρ 5( u) 5 (ρ v) 5 (ρ w) + + = 0 5x 5y 5z
z 方向动量方程
计算模型的网格在软件 GAMB I T 中生成 . 为 了准确地模拟出微小通道内的流动和传热 , 同时又 要控制网格的数目 , 采用给壁面加边界层和局部加 密网格两种方法 , 通道截面的网格如图 2 所示 . 平 直形翅片计算长度 500 mm , 网格单元数为 600657 个 . 锯齿形翅片的计算长度为 14 mm , 网格单元 数为 1038104 个 .
1 物理模型和求解
11 1 物理模型及简化
图 1 为板翅式换热器两种翅片的结构示意图 , 翅片结构尺寸见图 1 ( a) , 换热器长度为 500 mm , 都采用逆流单叠布置 , 且冷热流体质量流量相同 , 流体工质都为 He. 由于换热器微通道的尺寸都在 毫米数量级 , 而长度在米的数量级上 , 因此要用 CFD 软件模拟整个换热器的流动和传热是不现实 的 . 本文做了如下简化 : ( 1) 假设冷热通道的翅片宽度相同 , 且排列一 致 , 则根据流动与传热的对称性 , 对于平直形和锯 齿形翅片 , 在换热器截面上分别取图 1 ( a ) 和图 1 ( c) 虚线框中的区域为研究对象 . ( 2) 对于锯齿形翅片 , 在长度方向上假设冷热 通道翅片的锯齿长度和排列一致 [ 如图 1 ( b ) 所 示 ] , 则根据流动与传热的周期性 , 在换热器长度 方向上将图 1 ( d ) 截面 2 中的区域定义为一个周 期单元 . 由于锯齿形翅片的结构比平直形翅片更为 复杂 , 为了使计算能够进行 , 同时保证计算结果能 反映锯齿形翅片换热器的真实特性 , 本文对冷流体 入口段长度为 14 mm ( 即 4 个周期单元 ) 的翅片 进行了模拟计算 . ( 3) 不考虑变物性 , 定性温度和压力为流体进 出换热器时的平均值 . 11 2 控制方程组
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所示(在风路系统中#采用风机上游供气#由孔板流量计测量供气的流量(孔板上下游各有一段等径直管作为稳定段#不仅利于管道内流量的测量#而且可以使得封图F !实验系统简图头入口截面的速度场尽量变得均匀(为了保证示踪粒子在气流中均匀分布#应尽量减少其对原始流场的干扰(实验中在距离测试区域较远的上万方数据游!!!风机入口处加入示踪粒子"使烟雾和气流一同进入管道(本实验采用美国85c公司生产的二维K c?测试系统"其组成有激光光源#集成式:>b L_双激光器$%激光传输光臂#臂长F(DG"激光头包含柱面镜和球面镜$%图像采集器#&!%%"&型K c?T LJ F%!%摄像机$%同步控制仪和图像数据分析系统#K c?系统的控制和数据分析软件$等几部分(K c?系统使用了跨帧技术"它可使采集一对图像之间的时间间隔在F%H以内"使K c?获得的瞬态流动的速度矢量场(通过批处理操作"快捷地得到流动的瞬时速度矢量场%涡量场等参数分布(!(!!实验模型的制作实验中所用的试件模型均采用有机玻璃按照与原型F f F的比例制作"保证该模型能够尽可能精确地反映原型的性能(由文献&$’可知"在原始封头的出口截面上"大部分流体都是从封头入口管对应的圆形区域内喷射而出"流速由中间向两端递减"并以入口管轴线成对称分布(因此"若根据原始封头的流场分配情况改变封头出口上游的流体流通面积"则可使封头中心区域流体流通面积缩小"而周边区域的流通面积逐渐增大"在理想的情况下"每个微元流通面积上通过的流体量是相等的"而且封头出口处的物流分配的均匀性会提高"进而改进换热器内部的物流分配情况(根据上述改进思想"提出了改进型封头结构"即在原始封头结构的F($高度处"添加一块开孔分流板(图$为开孔分流板的结构示意图#图中单位为G G$"根据经验挡板上的开孔直径分别为小孔F% G G"中孔$%G G和大孔!%G G三种"由中轴线到周边逐渐增大"且呈错排分布(在实验中制作了两条与挡板等长的有机玻璃导槽"对称粘贴在原始封头结构F($高度处"以利于挡板的安装与固定(图$!开孔分流板结构示意图!("!观测区域的分割及观测截面的选取由于测量截面尺寸比较大"因此K c?片光源照射区域无法同时照亮整个截面(为了保证K c?的测量分辨率"每次拍摄的流场范围只有F B%G Gg F B%G G左右(而希望观测封头的流场区域却很大"测量区域达!%%G Gg F B%G G(考虑到封头结构的对称性"假定其内部流场分布也是对称的(因此"如图F所示"选择其观测视场为封头截面的一半即F("圆"测量沿着封头长度方向上不同截面处F("圆范围内的流场分布情况(实验选取封头长度的一半"沿着封头长度方向"从封头中轴线到周边"依次测量了F F个截面"研究其流场分布情况(文中选取如图!所示的!个具有代表性的截面分析其流场分布情况(截面F处于封头的中轴线上且正对封头的入口管"截面$偏离入口管"截面!离中轴线最远"处于封头的周边(图!!所测截面示意图"!计算模型的建立"(!!物理模型封头物理模型的尺寸即为实际尺寸"其主要的结构尺寸为入口管径$%%G G%长F#&G G)封头结构直径!%DG G%长E%BG G(采用X@*9/;公司的_LJ Y c8软件建立了封头结构的几何模型"用混合网格对几何结构进行网格划分"并且在壁面边界等参数变化较大的地方对网格进行适当的加密("("!数学模型在对封头内部的流场建立数学模型时作了如下基本假设*计算区域内的流动是稳态的)流体流动满足Y.*H H2/9H h假设)计算区域中的流体为不可压缩的牛顿流体(在对封头流场进行数值模拟时"使用混合长度模型%89+模型和89!模型分别进行了计算:通过比较得知"使用89!模型计算封头流场时精度最高:同样情况下"混合长度模型计算结果精度较低"89+模型居中:而三者的计算耗时相差不大:从计算精度和计算经济性两方面考虑"本文使用89!模型作为所求问题的湍流模型:连续性方程%动量方程%8方程和!方程见参考文献&&’(采用有限容积法对湍流流动的各控制方程进行离散+&+!!华!中!科!技!大!学!学!报#自然科学版$!第!"卷万方数据化!其中对流项与扩散项的离散采用混合格式(对各变量的离散化方程组采用8‘JL逐线扫描低松弛迭代法求解!对连续方程和动量方程的联立耦合迭代求解则采用半隐式的5c J K S=N算法(边界条件如下"给定进口;"\F:%gF%B#出口截面背压<\F%F!$BK+#壁面条件!四周的墙体绝热!无速度滑移#其残差绝对值小于F%[&(#!数值模拟与实验结果分析和对比#(!!原始封头图"$+%为截面F的数值模拟和K c?实验所得结果(从图中可以看出!在2方向正对入口管的地方!流速较大!上游流线平行流向出口:而偏离入口管的地方!主要依靠上游的流体分流而来!且形成明显的漩涡!流体在此处因为回流形成一个死区!导致在2方向上物流分配极不均匀(主要是由于流体边界突然扩大!流动状态随之发生急剧改变!主流脱离边壁从而形成漩涡(此漩涡会引起机械能转化为热能!从而导致机械能的损失(而且!漩涡所消耗的能量较大!这是因为除了摩擦以外!尚有漩涡与主流之间的质量交换的缘故(由于封头模型的入口管管壁较厚$DG G%且为弧形!不适合K c?观测!因此实验所得此截面的观测区域较之数值模拟偏小(图"!原始封头计算及实验结果$;"\F(%g F%B%截面$没有正对入口管!随着截面与入口管距离的增大!小漩涡逐渐增大成为大尺度漩涡并向四周扩散!沿流向拉伸明显$图"$P%%(可见!在封头内部这部分流体主要依靠流体的漩涡运动扩散而来(这是因为流体在出口截面横向压力梯度的作用下向封头两侧流动!小部分流体刚好到达出口并沿着出口通道流出!大部分流体碰到边壁!流动受到阻碍!脱离边壁形成漩涡并向周边扩散(截面!处于距离封头入口管最远的周边截面处!由于大部分流体在到达这个出口截面前已经分流掉了!流动能量已被漩涡消耗!流动速度降低!形成速度回流区!因此微通道出口的流体流量很低$图"$6%%(这个区域成为流场低速区!且由于流体与边壁的粘性作用!漩涡消失且流线基本与出口微通道平行(由以上的数值模拟以及K c?实验结果分析可知!对于改进前的原始封头内部!物流分配主要依靠流体形成的漩涡流场!利用出口截面上的横向压力梯度进行分配(因此!入口管附近的地方流量大!而远离入口管的周边截面流量偏小(不仅物流分配不均匀!而且流体形成的漩涡会引起较大的能量损失(所以!需要对此封头进行结构改造!使得其出口截面物流均匀分配(#("!改进型封头流体从封头入口管面积突然膨胀到孔板前面积!压力下降!有两个分量!一个是不可逆作用造成的压力损失!另一个是速度变化造成的压力降(流体到达孔板处有两种情况!刚好到达开孔处!经小孔流出!节流膨胀#刚好到达孔板壁处!流动被阻碍!根据Y9</.*@@2方程!压力升高!形成一个横向的压力梯度!导致流体向周边流动!最后从其他小孔处流出(孔板出口的流体速度提高!有助于流体进行均匀分配(使得流体在到达封头的出口之前!就已经均匀分配(截面F正对入口管的截面!与结构改进前相比!在2方向上物流分配均匀!流体的死区消失$图B$+%%(在2方向上!中间正对入口管的出口截面和没有添加挡板相比!流速明显降低!而偏离入口管的出口截面!流速明显增大(这是因为!孔板正中的小孔直径最小!对来流产生的阻力最大!导致了一个横向的压力梯度!迫使来流向四周分布!而边上的小孔孔径比较大!使得分流来的流体顺利通过(而且!与结构改进之前相比!孔板前面来流的漩涡消失!因为添加孔板之后!使得此处高度减半!没有足够的空间形成漩涡(截面$偏离入口管!流体在挡板前面形成一个较大的漩涡!通过挡板之后的流体分布均匀$图B$P%%(此截面部分的流体主要依靠挡板分流过来!流体碰到边壁流动受到阻碍!脱离边壁在挡板&#&第#期!!文!键等"板翅式换热器入口结构内流场的数值模拟!!万方数据图B!改进型封头计算及实验结果!;"\F(%g F%B"前面流体形成一个明显的漩涡(流体经过挡板上小孔分流作用之后#在2方向上流体分布均匀(周边截面!在添加挡板之后#流体的分布情况有了很大改善#截面整体流速增大#流线的方向与出口截面相垂直#直接从微通道流出封头!图B!6""(说明#添加孔板之后#抬高了远离封头入口的边界上的微通道出口流量#使得原始封头内物流分配的不均匀情况有了很大的改善(这是由于挡板壁面的阻碍作用#使得从挡板上小孔位置通过的流体与封头结构改进之前相比较小#意味着从没有挡板的两侧位置会有较多流体通过(因此#与改进前相比#流体流速增大#流线方向与出口截面垂直#流体直接从出口微通道流出(从以上的分析可知#封头在添加开孔分流板之后#流体经过分流板分配之后再流到各出口截面#流场的不均匀分配情况有了很大改善(不仅沿封头轴向!1方向"流分配均匀#而且在出口截面的2方向上#物流分配的不均匀性得到很大的改善(同时#各截面的流体漩涡与改进前相比大大减少#因此由于湍流耗散引起的能量损失减少#可以抵消一部分由于添加孔板而给封头带来的压力损失#从而使得添加孔板前后#封头的压力损失增加不大(#(#封头结构改进前后的对比分析图&表示的是封头结构改进前后#物流分配沿封头长度方向的对比情况!图中#为出口通道数"(考虑到封头结构的对称性#假定封头两侧物流分配情况是相同的#因此出口通道数为$F(经比较可以发现$对于添加孔板之后的改进型封头#图&!封头改进前后物流分配对比物流分配的均匀性改进效果明显(中间通道流速明显降低#使得两侧周边通道的流速明显提高#从而整体流速分配均匀#达到结构改进的目的(从数值模拟结果和K c?实验所得结果的对比可以看出#实验值与计算值趋势一致且相差不大(引起误差的原因主要在于封头入口管来流速度的差异#数值模拟假定入口管来流为稳态流动且在整个截面上速度相等#而在实际K c?实验操作中#由于没有添加稳压罐#风机供气不可能达到稳流状态#且在整个入口截面上速度不可能完全相等(除此之外#还有挡板安装导槽的影响(在数值计算的物理模型建造中#完全忽略了导槽的影响#而在K c?实验中#导槽是实际存在的且对流场有一定的影响(参考文献%F&’2+.L/e*/#S2b+/,-./0#T-9/T-9/,-9/0(=R O9<2C G9/;+@2/39H;20+;2././4@.Q G+@>2H;<2P*;2./2/K@+;9C 42/-9+;9R6-+/09<%’&()9+;8<+/H49<=/02/99<2/0# $%%!#$"!""$$B C!F(%$&a-+/0a9#S2b+/,-./0(T X‘H2G*@+;2././2/@9;6./420*<+;2./.4O@+;9C42/-9+;9R6-+/09<%’&(T<A.C09/26H#$%%!#"!!F$"$&#!C&#D(%!&U9/’2+/#S2b+/,-./0(5;*>A.44@.Q>2H;<2P*;2./ +/>2;H2G O<.39G9/;./;-9-9+>9<.4O@+;9C42/-9+;9R6-+/09<%’&(T<A.09/26H#$%%"#""!F F"$D$!C D!F( %"&U9;9<Q99@’(X*/>+G9/;+@H.4>202;+@O+<;26@92G+09 39@.62G9;<A%’&(J9+H*<9G9/;5629/69L/>896-/.@.C 0A#F E E##D!F$"$F!E$C F!E#(%B&‘**<H G+_N#_@+H H‘)#N2R5’S#9;+@(K c?2/C 39H;20+;2./H.44@.Q H;<*6;*<9H2/;-94@*2>2H9>P9> 4<99P.+<><902./%’&(K.Q>9<896-/.@.0A#$%%F# F$%$$C F F(%&&’.-/‘#L/>9<H./’<(T.G O*;+;2./+@4@*2>>A/+G26H# ;-9P+H26Q2;-+O O@26+;2./H%J&(:9Q b.<]$ J6_<+Q C)2@@T.G O+/29H#c/6#F E E B(’D’!!华!中!科!技!大!学!学!报!自然科学版"!第!"卷万方数据。