每管六涡扁长椭圆管换热板芯涡型布局实验研究

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椭圆管与扁管管板式换热器换热性能的分析比较

收稿日期２０２—２０５—１７修订稿日期２０Ｙ６０６一（２—１
作者简介：肖
洪（９８～）女，１６，阱师＋硕士
换热器的研究已经相当成熟，的研究丁作主这力面要都集中于雷诺数以及管排数、片间距、间距等翅管结构参数对换热器强化换热效果的影响【２。目前Ｊ、＇应用的管翅式换热器主要都足这种形式。对于椭圆管管板式翅片换热器的研究结果表明，圆管的流椭线型结构可以有效的减少翅片侧的流动阻力，降低能耗ｌ。因此，圆管管板式翅片换热器的研究开椭发日益受到人们的重视。近年来，有些学者开展了种新型的带有小翼型涡产生器的扁管管板式翅片换热器的研究工作，结果表明，这种结构形式的换热器具有很好的强化换热效果＿。但是对椭圆管和扁４Ｊ管管板式翅片换热器的强化换热效果的比较的研究还比较少，因此本文将对这两种不同结构形式的换热器的流动与换热特性进行数值计算研究，Ｅ１对（＇－Ｉ的换热性能进行比较分析。
ｒｐｒｒｎｅｏａｂａｉｎｈａｅｃａｇｒｅｔｒｈｎｔａｆｖｌｔｂａｋｆｅｔｘｈｇｒｉｅｆｍａｃｆｔｕｅｂｔｆｅｔｘｈｎｅｓｉｂｔａｔａｅｂｎｈａｃａｅｓｉｏｌｆｔｋｉＳｅｔｈｏｏｕｎｉｅｎ１ｔｅｒｎｅｏｅｐａｔｒｔｄｅｎｔｉｐｐｒｈａｇｆｔａｍｅｅｓｉｉｈｓａｅ．ｈｒｓｕｄ
ＸＩＡＯｎＨｏｇ

椭圆管换热器对空调室内机声场影响的数值模拟

椭圆管换热器对空调室内机声场影响的数值模拟
周遊;张新强;汪双凤
【期刊名称】《制冷学报》
【年(卷),期】2016(037)002
【摘要】椭圆管换热器由于良好的流动和换热特性，在换热设备中有广泛的应用。

本文利用计算流体力学方法，对椭圆管翅片换热器应用于空调室内机的流场和声场进行数值模拟，并与圆管作对比。

计算结果表明，换热管形状对贯流风机内部偏心涡的形成位置和大小没有影响；与采用相同截面积的圆管翅片换热器的室内机相比，相同条件下，采用椭圆管换热器对于室内机增加风量，改善制冷性能，降低噪声尤其是低频噪声方面有良好的效果。

其中，长短轴之比为2的椭圆管可以降低室内
机噪声4 dB。

【总页数】6页(P87-92)
【作者】周遊;张新强;汪双凤
【作者单位】华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室广州510640;
华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室广州510640;华南理工大学
传热强化与过程节能教育部重点实验室广州510640
【正文语种】中文
【中图分类】TB657.2;TQ051.5;TP391.9
【相关文献】
1.房间空调换换热器阻力对室内机风道具系统的影响 [J], 刘起;陈焕新;陶红歌;程德威;姜灿华
2.空调室内机换热器的整体数值模拟 [J], 薛永飞;任绍民;车福亮
3.换热器结构布置对分体式空调室内机性能的影响 [J], 张守信;张聪;张华;刘妮
4.挂壁式空调器室内机噪声场分布规律研究 [J], 冯利峰;闫志恒
5.分流器结构及摆放方式对空调器室内机换热器性能的影响 [J], 王喜成;崔松林;杨伟;李晓群;韦兴春;吴振
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螺旋扁管换热器简介

螺旋扁管形状参数
• 横截面积形状为扁圆或椭圆形 • 短长轴比: B/A （扁度） • 螺旋比：S/de （扭曲程度） • (S为螺距，de取基管的当量直径）
• 结构参数 S/de 与 B/A 对螺旋扁管管内传热的影响较大，存在着最优化的问题，是在传统管壳式换热器的基础上，以螺旋扭曲扁管代替光管，壳程没有折流板，可依靠螺旋扭曲扁管外缘螺旋线的点接触进行自支撑。
螺旋扁管换热器
主讲：何勇忠问答：刘孙坚总结：郭彦均
螺旋扁管的简介
• 前苏联学者于20世纪80年代初首次提出螺旋扁管 • 瑞典的Allardars公司及美国的BrownFintube公司最先制造出螺旋扁管换热器并改进 • 螺旋扁管是一种高效传热强化管
• 单管制造
1.将圆管压扁 2.扭曲成螺旋状（为了管子与管板的连接,两端仍然保持圆形）
螺旋扁管换热器的特点
低雷诺数时（管程：Re<5000，壳程：Re<8000）管内传热系数比普通圆管大2-3倍，虽然随着雷诺数的增大有所减小，但一般也可提高传热系数50%以上
优点
1、压降小 2、传热效率高 3、不易结垢 4、不存在流动死区，不污堵 5、能够克服诱导振动，提高了可靠性
缺点
螺旋扁管制造困难
管内传热强化机理
管内螺旋流道使流体在流动时产生纵向旋转和二次旋流，这种螺旋扰流作用增加了流体的扰动程度，减薄了传热边界层，增强了流体的混合，这种混合使得管壁附近保持较高的温度梯度，增大了Nu数,极大的提高了传热系数。
壳程传热强化机理
壳程流体在通道内由于离心力的作用而周期性地改速度和方向，强化了流体的纵向混合同时，壳程流体流经相邻管子的螺旋线接触点后形成脱离管壁的尾流，增大了流体自身的湍流度，破坏了管壁上的流体边界层，从而使壳程传热得到增强

椭圆管换热器介绍

d1 D
d2
D
空气不会逃逸，扰流少椭圆管
空气出现逃逸，扰流多圆管
6
二、椭圆管换热器技术介绍
3、技术特点-低风阻
风阻 700 (Pa)
600
500
6列，翅片间距2.0mm，湿工况
椭圆管换热器 9.52圆管换热器
减少50％
400
300
200
100
0
风速
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 6 (m/s)
圆管 9
二、椭圆管换热器技术介绍
3、技术特点-高性能
气流
图1 圆管速度云图（v=3m/s）
图2圆管温度云图（v=3m/s）
图4 椭圆管温度云图（v=3m/s）
10
二、椭圆管换热器技术介绍
3、技术特点-高性能
80
6列，翅片间距2.0mm，湿工况
传热系数（w/m2k）
椭圆管（12.55-8） 30.00 26.00 10.00
椭圆管（16.3-9.4） 31.75 27.50 12.70
圆管（Φ9.52）圆管（Φ12.7）
25.40 22.00 9.52 31.75 27.50 12.70
0.32 0.32 0.35 0.30 0.35
2
二、椭圆管换热器技术介绍
249
电机效率(ηm)
90%
90%
风机效率(ηf)
54%
54%
空气输送动力(kw) 6.744
14.232
电费单价(元/度)
0.8
0.8
每小时费用(元) 5.40
11.39
年使用小时数
3000
3000
年使用费用(元) 16187

每管六涡扁长椭圆管换热板芯涡产生器翼高对强化传热的影响

７０７）３００
［ｂｔｃＩＴｅｐｐｒｎｅｔａｓｈａｔｒｆｎｌｈｉｈ０１ｅｔｒｎｆｒｎａｃｍｅｔｅｆｒｎｅｏｔｓｃｒｏｆｎｄＡｓａｔｈａｅｉｖｓｇｔｔｅｆｃｏｏｗｉｇｔｅｇｔ１ｈａｔｓｈｅｎｐｒｍａｃｆｅｔｏｅｆｎｅｒｉｅｅａｅｅｎｏｉ
ｘｕＪａｌｉｎｉｎＭｅＹｕｎｕｉａｇｉＷａｇＸｉｏｉｎａｑｎ
（ｓｔｔｆｈｒｌｎｏｒｎｉｅｒｇＬｎｈｕＪａｔｎｎｖｒｉＩｔｕｉｏＥｎｉｔ
ｏｌｔｖｕｅｈａｘｈｇｒｔｉｎ－ｐｏｔｘｇｅａｏｓｐｒｔｂｉｓ／ｅｔｔａｓｅｎｌｇｆｎｐｔａｅｅｂａｅｏａｔｂｅｔｅｃａｅｓｗｉｓｘｗｉｇｔｅｖｒｅｅｒｔｒｅｕｅｖａｍａｓｈａｒｆｒａａｏｙｏａｈｈｌｌｎｈｙｎｎｎｓｂｉｔｎＡｅｅｅｃｂｅｔｅｒｔａｆｕｄｔｎｉｏｌｗｉｇｄｓｇｕｌｉ．ｓａｒｆｒｎａｌｈｏｅｉｌｏｎａｉｎｆｌｍａｏｃｏｏｎｅｉｎｗｏｋｔｅｐｅｅｔｓｄｖｕｔｓｔｅｅｅｔｆｃａｇｆｒ，ｒｓｔｙｅａａｅｈｆｃｏｈｎｅｏｈｎｕｌ
向涡旋、激励流体扰动”的方式，达到大幅度提高传热效率而阻力增幅不大的目的，进而改善换热表面性１。【虽然管翅式换热器大多使用圆管，２ｌ然而
实践证明，采用椭圆管可有效地减小翅片侧流体的流动阻力，降低能耗１４通过人们对横掠椭圆管的３］ｌ。ｌ

扁管管翅式换热器流动与传热性能的POD分析

摘要传统的数值模拟计算方法计算量大，计算时间长，对计算机的配置要求高，很难满足现代工业发展需求。

特征正交分解(POD)低阶模型是一种高效数值方法，可以大大缩短计算时间。

本文采用适体坐标与最佳正交分解(POD)相结合的方法对选取的扁管管翅式换热器进行降维计算，在保证计算精度的前提下提高计算速度，以达到提高复杂结构换热器数值设计效率的目的，满足更多领域的工程实际需求。

本文以扁管管翅式换热器为例，构建了POD低阶模型，并将其计算结果与FVM计算结果进行了对比。

具体研究内容如下：(1)在采用FVM方法对扁管管翅式换热器传热单元的模拟计算中，改变的参数为：翅片间距、横向管间距和空气侧雷诺数。

并且分别对等壁温边界条件和等热流边界条件下的单参数变量、双参数变量和三参数变量三种工况进行计算，根据模拟计算结果分析温度场和速度场的分布特征。

(2)由FVM的计算结果得到POD插值法所需的各个样本，样本包含的模拟工况分别有等壁温边界条件下的单参数变量、双参数变量和三参数变量以及等热流边界条件下的单参数变量、双参数变量和三参数变量，共6组样本。

对于样本参数工况采用snapshot(快照)方法进行最佳正交分解计算以得到相应的基函数；对于非样本单参数变量工况，采用线性插值法、牛顿插值法和拉格朗日插值法求解谱系数，将基函数和相应的谱系数线性叠加得到重构场；对于非样本双参数变量和三参数变量工况，均采用线性插值法计算谱系数，并得到重构场。

(3)将POD方法计算得到的温度场和速度场分别与相同条件下的FVM计算结果进行对比，并分析POD插值方法的精度和速度。

计算结果表明，采用POD插值法计算多变量问题时，随着变量个数的增加，与FVM 的相对偏差越大，其中各参数变量工况下重构速度场在等壁温条件三变量下的误差为1.91%；重构温度场在等壁温条件三变量下的误差为0.563%。

等热流边界条件的计算精度均高于等壁温边界条件的计算精度。

单参数变化时，采用POD方法在保证计算精度的前提下，将传统FVM数值计算速度提高了3093.4倍。

28-发酵过程的实验室研究、中试和放大

摇瓶实验
影响微生物生长的物理因素：
1. 瓶塞是氧传递的限制因素
2. 水蒸发的影响
影响培养液的体积，改变氧传递效率，改变菌体产物浓度
3. 比表面积的影响
(二）、小发酵罐
♣ 10L以下罐：玻璃罐较多，大多2级搅拌，六平叶，一般
最大600rpm，环形空气分布管。
♣ 30-150L罐：不锈钢罐，3级搅拌，六平叶/弯叶，一般
发酵过程的实验室研究、中试和放大
常规放大进程
第一节小试（实验室研究）
一、小试设备：
生化培养箱、摇床/摇瓶柜、小型发酵罐。 (一)、摇瓶机： ♣ 往复式：80-120rpm，冲程80-120mm；用于培养细菌、酵
母等单细胞菌体；
♣ 旋转式：60-300rpm，偏心距30-60mm。传氧速率好、培养液不会溅瓶口。（普遍采用）
特点：剪切作用和混合效果很差
轴向流搅拌器的型式和特点
轴向流的代表
螺旋桨搅拌器
优点：混合效果好
缺点：剪切作用差，不能阻止气流沿搅拌轴上升，不能打碎气泡，不利于溶氧，只用于培养基的配制，料液的混合。
径向流搅拌器的型式与特点
圆盘平直叶涡轮搅拌器：是径向流的代表，在圆盘上焊有六片平直叶，圆盘可阻止气体沿搅拌轴上升，轴向流差，不利于混合，剪切作用强，有利于打碎气泡，溶氧效果好，功率消耗大。
W ( 0 . 1 ~ 0 . 12 ) D ( ) Z Z 0 . 5 D D
式中： D—罐的直径（mm） Z—挡板数 W—挡板宽度（mm）用来校验档板数是否够
43
3 消泡器
作用：打碎泡沫，防止逃逸
型式：锯齿状，梳状，孔板状，一般安装在搅拌轴上高出液面的部位，

椭圆管管壳式换热器壳程传热性能的试验研究

ｈａｘｈｎｅｈｏｇｈｘｅｉｎ．ＣｍｐｒｇｗｉｅｔｒｎｆｒｃａａｔｒｉｈｈｌａｄｐｅｓｒｅｔｃａｇｒｔｒｕｈｔｅｅｐｒｅｍｅｔｏａｉｔｈａａｓｅｈｒｃｅｎｔｅｓｅｌｎｒｓｕｅｎｈｔｌＳｍｏｇｔｅ．ｗｅｄａｏｃｕｉｎｔａｈｅｔｔｎｆｒｐｒｒｎｅｏｈｌｐｉｔｂｅｔｅ－ＯＳａｎｈｍｒｗａｃｎｌｓｈｔｔｅｈａｒｓｅｆｍａｃｆｔｅｅｌｔｕｅｈａｘｏａｅｏｉｃｃａｇｒｉｎｔｈｇｅｈｎｔａｆｔｅｈｌａａｆｅｔｅｃａｇｒａｄｔｅｂｗ —ｓａｅａｆｅｔｅ — ｈｎｅｓｏｉｈｒｔａｈｔｏｅｉｌｂｆｅｈａｘｈｎｅｎｈｏｈｃｌｈｐｄｂｆｅｈａｘｌ
椭圆管管壳式换热器壳程传热性能的试验研究
王玉琴，天民，国福宋张
（宁石油化工大学机械工程学院，宁抚顺辽辽
１３０）１０１
摘要：过试验方法对椭圆管换热器与螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程通
传热性能和压降的研究，同时进行了壳程传热性能和压降的对比。从试验数据处理中得出，椭圆管
１ｔｕｅｈａｘｈｎｅｎｈｅｉａａｆｅｔｅｃａｇｒａｄｔｅｔｄｔｎｌｂｗ — ｓａｅａｆｉｉｔｂｅｔｅｃａｇｒａｄｔｅｈｌｌｂｆｅｈａｘｈｎｅｎｈｒｉｏａｏ — ｈｐｄｂｆｅｐｃｃｌａｉｌ

椭圆管散热器传热及阻力性能试验研究

研究了椭圆铝翅钢管空冷器（圆管３．ｍｍ１．ｍｍ，片６ｘ１椭８ｘ５８５翅４ｍｍ４ｍｍ）的传热与流阻性
能；李大鹏等采用有限元软件，对不同形式和结构的椭圆管进行了数值模拟。归纳来说，关于椭圆翅片管的这些工作一部分是对某些特定尺寸、结构椭圆翅片管的试验研究，部分是对椭一
收稿日期：２０－１１０６１— ３
作者简介：段芮（７一，女（，硕士研究生，ｆ１７＠１３ｏ１９）９汉）ａ１９６．ｍ。１９ｃ
维普资讯
１６Ｏ
能源研究与信息
２００７年第２３卷
翅片管的传热及阻力性能，为以后人们选购、使用这类椭圆翅片管提供参考依据，同时也为研究设计人员、工程技术人员改进此类管型提供宝贵经验。
究，得到试件在一系列工况下的传热与管外流动阻力数据，并对试验数据进行分析计算，从总传热系数Ｋ中分离出管外空气侧的对流换热系数ｈ，给出有工程应用价值的管外换热准则关系式及管外阻力准则关系式。认为椭圆管管外的平均换热效果优于圆管。在相同的流通截
基管厚度／ｍａｒ
方翅片尺寸／ｍａｒ片￣／Ｅｍｍ片厚／ｍｍ
１９４１ｘ９
第１２５第２排４０排．／．
０．５３５００５０厶２５
试件管子长度／ｍａｒ
试件管子问￣／Ｅｍｍ试件管子排数试件管子列数

扁管换热器内纵向涡强度与换热强度对应关系

扁管换热器内纵向涡强度与换热强度对应关系宋克伟;刘松;王良璧【摘要】The longitudinal vortices can potentially enhance heat transfer with small pressure loss penalty. Vortex generators (VGs) which can generate longitudinal vortices are widely used in fin-and-tube heat exchangers for heat transfer enhancement. But for a long time, researches are carried out focusing on the effect of the shape and parameters of VGs on heat transfer and the relationship between the longitudinal vortices intensity and heat transfer intensity is analyzed qualitatively. The quantitative relationship between the longitudinal vortices intensity and heat transfer intensity is seldom reported. Longitudinal vortex is a typical secondary flow, and thus the longitudinal vortex intensity can be defined using the secondary flow intensity parameter. In this paper, the numerical models of flat tube bank fin heat exchanger with VGs mounted on the fin surfaces are studied for different fin and VGs parameters. The longitudinal vortices intensity is quantitatively defined using the nondimensional secondary flow intensity parameterSe. The relationship between the longitudinal vortices intensity and the heat transfer intensity and that between the increment values ofSe andNu caused by the longitudinal vortices are quantitatively studied. The results show that there is no corresponding relationships neither betweenNu andRe, nor betweenSeandRe. Similarly, no linear relationship exists between the friction factorf and the values ofRe andSe. But the correspondingrelationship exists not only betweenSe andNu but also?Seand?Nu. The longitudinal vortices intensity determines the heat transfer intensity in the flat tube fin heat exchanger.%纵向涡强化传热技术在管翅式换热器中得到了广泛的应用.但是一直以来对纵向涡强化传热的研究主要停留在涡产生器结构参数及布置方式对换热的影响方面,文献对纵向涡强度与换热强度之间定量关系的研究鲜有报道.建立了采用纵向涡强化传热的扁管管翅换热器数值模型,采用二次流强度参数Se分析了翅片及涡产生器结构参数变化时,通道内纵向涡强度与换热强度之间的定量关系;并定量分析了通道中涡产生器引起的纵向涡强度增量与传热强化量之间的定量关系.结果表明:翅片及涡产生器结构参数变化时,Nu、Se与Re之间,以及阻力系数f与Re及Se之间均不存在定量对应关系,但Se与Nu以及?Se与?Nu之间存在对应关系.这表明,在布置有纵向涡产生器的扁管管翅换热器翅侧通道内,纵向涡强度决定了通道内的换热强度.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(005)005【总页数】10页(P1858-1867)【关键词】涡产生器;纵向涡强度;换热强度;定量关系;传热;数值分析【作者】宋克伟;刘松;王良璧【作者单位】兰州交通大学机电学院,铁道车辆热工教育部重点实验室,甘肃兰州730070;兰州交通大学机电学院,铁道车辆热工教育部重点实验室,甘肃兰州730070;兰州交通大学机电学院,铁道车辆热工教育部重点实验室,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TK121DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151231涡分为纵向涡和横向涡。

不同翼型涡产生器扁管板翅式换热器流动与传热性能的POD分析

不同翼型涡产生器扁管板翅式换热器流动与传热性能的
POD分析
涡产生器扁管板翅式换热器是一种常用的换热器，在工业领域中具有
广泛的应用。

其独特的设计结构使其在传热效率和流动特性方面表现出色。

然而，由于翅式换热器的结构复杂，流动与传热机理较为复杂，对其性能
进行全面的分析和优化至关重要。

首先，我们将选取几种常见的翼型涡产生器扁管板翅式换热器进行数
值模拟。

利用计算流体力学（CFD）软件对这些换热器的流动和传热性能
进行模拟，并得到流场数据。

然后，我们将应用POD方法对这些数据进行
处理，提取出主要的流动模态，并分析其对流动和传热性能的影响。

通过POD分析，我们可以得到不同翼型涡产生器扁管板翅式换热器的
流动特征，包括涡结构、湍流特性、传热效率等。

通过对比不同翼型的性
能差异，可以找到最优设计参数，进一步提高换热器的效率和性能。

同时，POD方法还可以帮助我们了解流场中的主要模态，为优化设计和控制提供
重要参考。