某板翅式散热器流场数值模拟研究
翅片式管翅式换热器流动换热性能比较研究
翅片式管翅式换热器流动换热性能比较研究摘要：随着制冷空调行业的发展,人们已经把注意力集中在高效、节能节材的紧凑式换热器的开发上,而翅片管式换热器正是制冷、空调领域中所广泛采用的一种换热器形式。
对于它的研究不仅有利于提高换热器的换热效率及其整体性能,而且对改进翅片换热器的设计型式,推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。
由于翅片管式换热器在翅片结构形式和几何尺寸的不同,造成其换热性能和阻力性能上的极大差异。
本文概述目前国内外空调制冷行业中的普遍采用的几种不同翅片类型（平直翅片、波纹翅片、开缝翅片、百叶窗形翅片）的换热及压降实验关联式及其影响因素，对不同翅片形式的管翅式换热器的换热及压降特性的实验关联式进行总结，并对不同翅片的流动换热性能进行了比较。
正确地选用实验关联式及性能指标，将对翅片管式换热器的优化设计及其制造提供可靠的依据。
关键词：翅片形式；管翅式；换热器；关联式；流动换热性能1 绪论1.1课题背景及研究意义换热器是国民生产中的重要设备，其应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空等各工业部门。
例如，过路热力系统中的过热器、省煤器、空气预热器、凝汽器、除氧器、给水加热器、冷却塔等；金属冶炼系统中的热风炉、空气或煤气预热器、废热锅炉等；制冷及低温系统中的蒸发器、冷凝器、回热器等；石油化工工业中广泛采用的加热及冷却设备等，制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，这些都是换热器应用的大量实例。
它不但是一种广泛应用的通用设备，并且在某些工业企业中占有很重要的地位。
例如在是有化工工厂中，它的投资要占到整个建厂投资的1/5左右，它的重量站工艺设备总重的40%；在年产30万吨的乙烯装置中，它的投资站总投资的25%。
由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临这能源短缺的局面，各国都致力于新能源的开发，并积极开展预热回收及节能工作，因而换热器的应用又与能源的开发及节约有着密切的联系。
铝制板翅式油冷器单层水侧流动特性的数值模拟
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ Ｍ ｏ ｏ ａ ｅ ａ ｅ － ｉ ｅ Ｆｌ ｗ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔｏ ｏ ｎ ｌ ｙ ｒ Ｗ ｔｒ Ｓ ｄ ｏ Ｃｈａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓ ｏ ｕ ｉ ｕ ａ ｅ Ｆｉ ｌＣｏ ｌ ｒ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｆ Ａｌ ｍ ｎ ｃ ｍ Ｐｌ ｔ ． ｎ ０ｉ ｏｅ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｆ ｏ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉｓ ｏ ｎ ｌｙ ｒ ｗ ｔｒｓｄ ｕ ｄ ｗ ｓ ｎ ｍｅ ｃ ｌ ｉ ｌｔｄ ｆ ｒ ｌａ ａ ｅ ｆｉ ｒ ｓｒ ｃ ： ｌｗ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｆ ｍｏ ｏａ ｅ ａ ｅ —ｉ ｅ ｆ ｉ ａ ｕ ｒ ａ ｓ ｉ ｃ ｌ ｉ ｍｕ ａｅ ｏ ｅ ｋ ｇ ａｌ ｅ ｕ ｄ ｍｅ ｔ ｌ ｍｉ ｕ ｐ ａｅ ｆ ｉ ｃ ｏ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒ ｖ ｄ ｏ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｌ ｅ ｔ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅ ｆ ｗ ｏ ｓ ｃ ａ ｕ ｎ ｍ ｌｔ － ｎ ｏｌ ｏ ｌｒ ａ ｄ ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｆ ｕ ｎ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｏ ｉ ｉ ｓ ｓ ｌ
摘要 ： 利用 Ｆｕ ｎ 软件对国内某 泄漏失效 的铝制板翅式油冷器和其改进 型油冷 器分别进行 了单层 水侧 流体流 ｌｅｔ 动特性的数值模拟 ， 结果表明 ： 由于水侧结构设计不合理 ， 造成流道流量分 配不合理 ， 导致水侧压力 分布不均 、 成 形 局部压力过小 区 ， 进而发生气蚀 现象导致油冷器泄漏失效。改进 型油冷器水侧流道 ３流量分配较原油冷器 提高了
文章编号 ：０６— ４ ６ ２ １ ）４— ３３— ６ １０ ０ ５ （０ ０ ０ ０ ５ ０
铝 制 板 翅 式 油 冷 器 单 层 水 侧 流 动 特 性 的 数 值 模 拟
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。
翅片散热板大空间自然对流散热数值方法探讨_何川
图 ２ 翅片散热板基本结构尺寸
２ 数学模型
假设 流 动 是 三 维 不 可 压 稳 态 流 动 ， 考虑到由温 差 引 起 的 浮 升 力 的 作 用 ，在 计 算 中 引 入 了
１ ０ Ｂ ｏ ｕ ｓ ｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｑ 假设 （ ） 除了引起流体流动的密度差外 ， 方程式中其 １ ［ ］
０ 引言
随着单只 Ｌ 其芯片工作时 Ｅ Ｄ 灯具功率的增大 ， 的发热量迅速增大 ， 如果产生的热量不能及时有效 那么将会使 Ｌ 导致发光 地散出 ， Ｅ Ｄ 芯 片 温 度 升 高，
］ １ ２ － 。 效率降低 ， 加 速 元 件 老 化， 甚 至 导 致 元 件 失 效［
题。 从使用成本来看 ， 采用 自 然 对 流 是 照 明 用 Ｌ Ｅ Ｄ 灯源散热 最 经 济 的 方 式 ， 且 具 有 安 全 可 靠 的 优 点。 散热器的结构及芯片封装方式 ， 对Ｌ Ｅ Ｄ 灯具在自然 对流条件下的散热效果具有决定性的作用 。 采用数
Ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｎ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈ ｅ ａ ｔ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｒ ｅ ｃ ｔ ａ ｎ ｕ ｌ ａ ｒ Ｆ ｉ ｎ Ａ ｒ ｒ ａ ｓ ｉ ｎ Ｌ ａ ｒ ｅ Ｓ ａ ｃ ｅ Ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｇ ｙ ｇ ｐ
《 半导体光电 》 ２ ０ １ １年１ 等： 翅片散热板大空间自然对流散热数值方法探讨
材料 、 结构及工艺
翅片散热板大空间自然对流散热数值方法探讨
２ ，高园园２，陈启勇２ 何 川１，
最外层计算区域中选取位于散32热流密度连续通过改变压力边界条件湍流模型和压力差值格式共采用了十二种不同计算条件的组合对翅片散热板进行大空间自然对流的数值计算如表2数值计算的十二种条件组合模型条件no压力边界条件压力差值格式壁面函数法六个面全部为压力入口presto壁面函数法六个面全部为压力出口presto壁面函数法六个面全部为压力入口标准simple壁面函数法六个面全部为压力出口标准simple模型六个面全部为压力入口标准simple模型六个面全部为压力出口标准simple模型六个面全部为压力入口presto模型六个面全部为压力出口presto模型底面为压力入口其他面为压力出口标准simple10模型底面为压力入口其他面为压力出口presto11模型顶部为压力出口其他面为压入出口标准simple12模型顶部为压力出口其他面为压入出口prestosemiconductoroptoelectronicsvol32no5oct2011计算结果当质量达到守恒残差值达到稳定时即可视为收敛
空气循环制冷系统中板翅式换热器性能的数值模拟
空气循环制冷系统中板翅式换热器性能的数值模拟作者：凌睿郭宪民张中芳来源：《绿色科技》2014年第06期摘要：运用CFD软件对锯齿形板翅式换热器内部流动与换热特性进行了数值模拟，分析了不同工况条件对换热器性能的影响。
模拟结果表明：用CFD软件计算出的换热器内冷热流体速度、温度和压力场变化趋势是合理的，换热器效率模拟值随其冷边空气流量的增加而增大；空气在热流体域中有一定的压力损失，而冷流体域中的压力几乎不变。
关键词：空气制冷循环；板翅式换热器；换热效率中图分类号：TB657.5文献标识码：A 文章编号：16749944（2014）060315031 引言空气循环制冷系统长期以来主要应用于飞机空调系统。
随着空气制冷理论的发展，以及透平膨胀机、高效紧凑式热交换器和空气轴承的发展，空气循环制冷系统的性能有了显著提高。
在-80～-50℃温区空气循环制冷系统性能系数与复叠式压缩制冷循环相当。
随着CFC及HCFC 类工质的禁用，空气制冷系统再次成为研究的热点。
板翅式换热器是空气循环制冷系统的关键部件之一，对其性能进行深入的研究对提高空气循环制冷系统的性能具有重要意义。
对锯齿形板翅式换热器的研究早期以Wieting[1]为代表。
根据当时已有的文献为理论基础，Wieting通过实验提出了传热因子和摩擦因子的两种关联式。
甘建德[2]对板翅式机油换热器的结构对传热性能的影响进行了研究，建立了机油换热器的数学模型，得到了机油换热器优化设计的结果。
建立板翅式换热器的数学模型，并对其进行理论研究，深入地了解换热器内部的传热机理，可以更加深刻地知道板翅式换热器内部的流体的运动状况。
对板翅式换热器采用数值模拟的方法可以对板翅式换热器在各种工况下的运行情况进行相当可靠的预测，还能为换热器的实验研究提供理论性的指导。
锯齿形翅片是紧凑式换热器中最常见的翅片形式之一。
在流体流动的过程中，流体热边界层在上一翅片段还没有得到充分的发展时就被下一错位的翅片所破坏，从而增强了换热。
百叶窗翅片式散热器性能数值模拟与优化
10.16638/ki.1671-7988.2021.02.021百叶窗翅片式散热器性能数值模拟与优化王维伟，郑再象*，刘龙婷，王辉，王世楠（扬州大学机械工程学院，江苏扬州225009 ）摘要：文章以某百叶窗翅片式散热器为研究对象，取传热因子j、摩擦因子f、综合性能因子JF为量化指标，借助Fluent软件模拟散热器在不同工况下的流场、温度场及压力场分布情况，研究散热器的传热及流阻性能，并通过风洞试验验证仿真结果的可靠性。
结合试验结果设计了一种新型孔状百叶窗翅片散热器，与传统百叶窗翅片散热器相比，传热因子最大提高了14.6%，摩擦因子最大减小了9.8%，综合性能因子提高了9.8%-14%，传热及流阻性能有明显提升。
关键词：孔状翅片；散热器；数值模拟；风洞试验分类号：U464.138.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)02-66-04Numerical Simulation and Optimization of Shutter Fin Radiator Performance Wang Weiwei, Zheng Zaixiang*, Liu Longting, Wang Hui, Wang Shinan( School of mechanical engineering, Yangzhou university, Jiangsu Yangzhou 225009 )Abstract: In this paper, a shutter finned radiator is taken as the research object. heat transfer factor j and friction factor f, comprehensive performance factor JF as quantitative indicators, Fluent software was used to simulate the distribution of flow field, temperature field and pressure field of radiator under different working conditions. The performance of heat transfer and flow resistance of radiator is studied, and the reliability of simulation results is verified by wind tunnel test. Combined with the experimental results, a new type of finned louver radiator is designed. Compared with the traditional louver finned radiator, the heat transfer factor increases by 14.6%, the friction factor decreases by 9.8%, the comprehensive performance factor increases by 9.8%-14%, and the heat transfer and flow resistance performance is significantly improved. Keywords: Pore fin; Radiator; Numerical simulation; Wind tunnel testsCLC NO.: U464.138.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)02-66-04前言随着车辆排放标准的不断提高，发动机向着“高功率、低排放、轻量化”的方向发展，发动机转速上升，比功率增大，所产生的热负荷也增加，导致机件强度降低，易发生塑性变形，影响部件的配合间隙，减少零件的使用寿命。
板翅式换热器表面传热与流阻特性数值模拟_季中敏
图 13 C 流体通道压力梯度 F ig. 13 R e lationship o f pressure g radient v s
temperature o f passage C
ห้องสมุดไป่ตู้
D流体通道温度、压力分布如图 14、图 15。 D 流体通道传热系数、压力梯度如图 16、图 17。
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 增加而增大。
图 14 D 流体通道温度分布 F ig. 14 T emperature d istr ibution o f passag e D
图 15 D 流体通道压力分布 F ig. 15 P ressure d istribution o f passage D
1 建立模型
板翅式换热器的传热与流动阻力性能主要决定
# 107#
于翅片的表面特性, 因此翅片的表面特性数据是准 确设计板翅式换热器的基础。具有相变换热的混合 工质低温热交换器, 较之一般情况下的热交换器, 工 作过程比较复杂, 热物性不仅变化剧烈, 而且很难准 确确定, 沸腾和凝结的实验工作实现起来也比较困 难, 从这一点来说, 数值模拟就具有较大的优势。本 文对液化天然气中的一种换热器进 行数值模拟研 究。天然气混合工质物性计算, 本文采用由 SRK 方 程计算得出的混合工质物性参数, 将混合工质分段 物性数据拟合曲线, 并输入 FLUENT 软件的材料物
C 出口 164. 35
3. 95 252. 85
D 入口 109. 85
1. 57 119. 13
D 出口 164. 35
1. 49 119. 13
2. 1 计算结果分析与验证 A 流体通道温度、压力分布如图 2、图 3。 A 流
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。
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板翅式冷却器结构参数优化与仿真
板翅式冷却器结构参数优化与仿真方博;刘磊;李建秋;张钦国【摘要】为了提高机油冷却器的散热效率从而降低机油温度以保证发动机润滑系统的可靠性,以波纹板式散热器为研究对象,采用遗传算法对波纹板的结构参数进行了目标优化,采用计算流体动力学的方法模拟了散热器内部的流场和温度场的分布情况,并对优化结果的有效性进行了模拟验证.仿真结果表明:波纹板的节距、高度、倾角对流体的流动和换热具有重要的影响;当波纹节距为13.7mm、波纹高度为5.2mm、波纹倾角为49.5°时散热器的工作性能最佳,并且随着雷诺数的增加,TPF 的值先增大后减小.通过试验测试验证了遗传优化算法和CFD仿真结果的准确性,研究方法对波纹板式散热器的优化设计具有实际的意义.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)007【总页数】4页(P229-231,235)【关键词】遗传算法;CFD仿真;散热特性;流固耦合;评价因子【作者】方博;刘磊;李建秋;张钦国【作者单位】江西应用工程职业学院机电工程系,江西萍乡 337042;中原工学院能源与环境学院,河南郑州 450007;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TH16;U463.831 引言机油冷却器的作用是控制给发动机润滑的机油在合适的工作温度，从而保证发动机的可靠性和工作效率。
在高性能、大功率的发动机上，由于热负荷较大，为了避免发动机烧瓦拉缸的事故，必须在润滑油路中加装机油冷却器，但是由于散热器的散热量不足，导致发动机工作时机油温度一直较高。
板式散热器是一种高效、紧凑的热交换器，非常适合作为发动机的机油冷却器使用，因此了解其工作性能的优劣具有重要的意义。
目前针对散热器的研究主要采用试验的方法，而采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）仿真方法和各种优化算法对散热器进行结构参数优化设计得到了越来越多的应用。
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%。
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
板翅式换热器翅片表面性能的三维数值模拟_李媛
1 控制方程 连续方程 (质量守恒方程 ) 、动量方程、能量 方程和组分方程 ( 或称扩散方程 ) 统一形式为 t 式中 u divu ! J S ( ! ) + d iv ( u ! + J ! ) = S ! 流体密度; 速度矢量 ; 速度场的散度; 通用形式应变量; 输运通量; 源项。
增加 , 传热因子 j 和摩擦因子 f 均呈单调递减; 在 相同雷诺数下, 随切开长度 的减小摩擦因子 ( 压 力降 ) 明显增大, l= 3 mm 翅片传热性能最佳, 但 其压力降也最大。 3 波纹翅片 图 8 是波 纹翅 片的 简化结 构, s 表 示翅片 间 距, ∀表示波纹角度。波纹翅片纵向截面的温度分 布如图 9 所示 , 在上下隔板将热量传给冷流体的过 程中 , 通道内冷流体迅速升温, 得到较均匀的温度 场。这是由波纹翅片的通道结构所致: 流体在弯曲 流道中不断改变流动方向, 促进了流体湍动、分离 和破坏传热边界层 , 其效果相当于翅片的折断, 从 而强化了传热过程使传热效率提高。
* 基金项目 : 江苏省自然科学基金资助项目 ( BK 2004214) 。
2006 年
第 34 卷
第 7期
李
媛等 : 板翅式换热器翅片表面性能的三维数值模拟
11
的基本结构为研究对象进行建模、计算, 即分析了 由翅片、隔板、封条组成的单个通道内部的传热与 流动特性。翅片类型包括平直翅片、锯齿翅片和波 纹翅片。 采用控制容积法对计算区域作离散化处理, k - 双方程模型考虑湍流对流动与传热的影响。采 用分离变量法隐式求解, 保证收敛的稳定性; 压力 和速度耦合采用 S I M PLE 算法。质量和能量计算残 差控制在 10 数量级。流体介质为稳态不可压缩 的空气。 ( 1) 进口条件: 给定流体速度、温度及相应 的湍流条件。 ( 2) 出口条件: 给定压力及适当的回流温度。 ( 3) 固壁条件: 上下隔板与翅片 , 给定壁面 温度和厚度 ; 两侧封条为绝热边界。
关于板翅式换热器散热性能数据库的建立的若干研究
关于板翅式换热器散热性能数据库的建立的若干研究摘要：针对板翅式换热器的研究，有诸多理论计算和经验公式，但是随着新材料、新工艺和新结构的涌现，已有的经验公式已经不完全适于板翅式换热器的研究与开发，因此，针对板翅式散热器，结合实验、模拟以及不同的数据分析方法，建立散热性能数据库。
关键词：板翅式换热器；传热系数；数据库；标准件The Research of the Construction on the Performance Database of Plate-Fin Heat ExchangerCao Tianqin，Gao Zhenyu（GuiZhou YongHong Aviation Machinery Limited Company，GuiYang，550009）Abstract：There are much research on the plate-fin heat exchanger，such as theoretic caculation and experiential formula. With the development of new technology，new construction and new material，these existing method have not been suitable for the design and development of new product. For the plate-fin heat exchanger，a performance database is constructed by the tests，simulation and different data analysis methods.Keyword：plate-fin heat exchanger；heat exchange coefficient；database；standard part序言：换热器作为重要的节能设备，在国民经济的各个部门都有着广泛的应用。