百叶窗翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟

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紧凑型设计5mm翅片管式换热器的数值模拟

紧凑型设计5mm翅片管式换热器的数值模拟目前5mm管径的翅片片距通常处于1.2mm～1.3mm之间，通过紧凑式设计加工方法可以使其片距减少至0.8mm～1.0mm。

本文我们将主要从理论分析、三维建模以及Fluent计算来进行分析对比翅片片距的减少对换热能力和空气压损两个方面的影响。

1、引言空调产品的外形尺寸往往影响着成本、空间占有率和用户的满意度，因此紧凑式换热器设计成为趋势，将空调的关键零部件的外形尺寸和重量作为一个对标参数进行研究优化，减小外形体积和重量，改善产品的空间占有率，降低综合成本。

（1）结构设计能诱使流体产生湍流流动以获得较高传热系数；（2）阻止污垢形成使污垢系数较小；（3）流程设计使冷、热流体间温差推动力达到最大值。

换热面积是表征换热器性能的一个最基本的特征，在相同的换热量和阻力要求下，换热面积越小，表明该换热器的性能越佳。

因此，以换热面积最小为目标函数，以换热器的外形尺寸为优化参数对换热器进行优化。

而翅片间距是控制换热面积一个关键因素，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。

在高效紧凑和流动阻力的增加之间达到最优的效果，必须寻求最优的结构参数。

受翅片效率和翅化比的约束，管间距的调整范围有限，翅片的片距成为主要的调节。

2、理论分析对于翅片管式换热器而言，空气侧的传热热阻较液体侧大，所以选择强化空气侧传热，加强翅片的对流换热以提高换热性能。

根据换热器计算过程，空气侧的迎风面积和表面传热系数对总传热系数的影响起主要作用，如公式（1）所示：强化翅片传热，除了要考虑到翅片强化对流传热机理的不同，还要考虑到空气的流态，Re决定了空气是层流或湍流。

（1）层流流动时，流体速度和温度曾抛物线分布，从流体核心到壁面都存在速度和温度梯度。

（2）湍流流动时，流体核心的速度场和温度场均比较均匀，对流换热的热阻主要出现在贴近壁面的流体粘性底层中，因此采取的对流换热强化措施是破坏边界层，即增加对边界层的扰动以减薄边界层的厚度，增强换热能力。

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。

翅片管式换热器空气侧性能的数值模拟

文章编号:CAR105翅片管式换热器空气侧性能的数值模拟陈莹1高飞1高冈大造1徐林虓1李维仲2左建国2(1三洋电机(中国有限公司大连分公司2大连理工大学能源与动力学院摘要采用数值模拟的方法对翅片间距为1.6mm的波纹翅片管换热器的性能进行了研究,考察了在不同的迎面风速条件下1-5列换热器空气侧的换热和压降特性。

得到了翅片表面温度分布、压力分布等结果,分析了迎面风速对翅片表面的温度、空气流动的影响。

数值模拟结果与在相同条件下的试验结果进行了对比,对数值模拟结果的准确性进行了验证。

关键词波纹翅片换热器数值模拟换热系数压力损失NUMERICAL SIMULATION OF AIR-SIDE PERFORMANCE OFFINNED TUBE HEAT EXCHANGERChen Ying1 Gao Fei1 Daizo Takaoka1 Xu Linxiao1 Li Weizhong2 Zuo Jianguo2(1 SANYO Electric(ChinaCo.Ltd. Dalian Branch Research Dept2 Energy and Power Department of DLUTAbstract The performance of corrugated finned tube heat exchangers are simulated, the characteristic of air side heat transfer and friction of 1-5 rows heat exchangers are investigated under different frontal velocities. The results of temperature profile and pressure profile on fin surface are achieved. The effect of frontal velocity with the fin surface temperature and air flow is analyzed. The numerical results are validated by comparing with the experimental results under the same boundary conditions.Keywords Corrugated fin Heat exchanger Numerical simulation Heat tranfer coefficient Pressure drop0 引言管翅式换热器被大家广为关注[1,2,3],因此,对于管翅式换热器的换热及阻力性能的研究,具有重要意义。

不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较

不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较摘要：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Study on heat transfer and flow characteristics of fin-and-tube heat exchangers with various fintypesAbstract：With the development of refrigeration and air conditioning, high efficiency, energy saving and material saving compact type of heat exchanger is development, as one kind of compact heat exchanger, fin-and-tube heat exchanger has a wide application in future. It is necessary to develop compact heat exchanger which is more energy saving and material saving to improve the heat exchanger thermal efficiency and the overall performance of heat transfer.This paper summaries the heat transfer and pressure drop correlations of different fin surfaces, and the corresponding influencing factors. The heat transfer and friction characteristic of these kinds of fin types are compared, and the results show the difference of these fin types. The appropriate correlation and evaluation criterion will provide reliable foundation to the design and optimization of compact heat exchangers.Key words：Fin-and-tube heat exchanger; Heat transfer and flow characteristics; Experimental correlations; Comparison目录1 绪论 (2)1.1课题背景及研究意义 (3)1.2管翅式换热器简介 (3)1.3管翅式换热器的特点 (4)1.4 管翅式换热器的换热过程 (4)1.5研究现状 (5)1.5.1国外实验及模拟研究进展 (5)1.5.2国内研究现状和数值模拟 (6)1.5.3管翅式换热器及发展趋势 (8)1.6 管翅式换热器的不同形式的翅片研究现状 (9)2影响翅片换热和压降性能的主要结构因素 (11)2.1翅片间距对换热特性和压降特性的影响 (12)2.2管排数对换热特性和压降特性的影响 (12)2.3管径对换热特性和压降特性的影响 (13)2.4管间距对换热特性和压降特性的影响 (13)3．不同翅片经验关系式总结及比较 (14)3.1 平直翅片经验关系式的总结 (14)3.2 波纹翅片经验关系式的总结 (18)3.3 百叶窗翅片经验关系式的总结 (23)3.4 开缝翅片经验关系式的总结 (26)4．四种翅片经验关系式比较 (31)结论 (38)参考文献 (40)致谢 (44)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。

翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟

翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟陈彪;余敏;龙时丹;王晓阳【期刊名称】《上海理工大学学报》【年(卷),期】2014(000)004【摘要】Theperformanceofflowandheattransferofthreekindsoffinandtubeheatexcha ngers including plane fin,average pitch wave-fin and increasing pitch wave-fin heat exchangers were numerically simulated with CFD software,and the distributions of temperature,pressure and velocity on each central plane of fluid region were obtained.In addition,the mean surface heat transfer coefficient and resistance coefficientoffinweremeasuredunderdifferentwindvelocity.Thenumericalresu ltswereprovedtobe correct by the available experimental data.The study indicates that Nu number of the increasing pitch wave-fin is13.8%~29.3%higher than the plane fin,and 5.5%~10.3%higher than the average pitch wave-fin,thus achieving remarkable heat transfer enhancement.%借助CFD软件对3种不同类型的翅片管式换热器（平直翅片、均匀波纹翅片和倾角渐增波纹翅片）的流动传热性能进行了三维数值模拟计算，得出了在不同入口风速下各流域中心面的温度场、压力场和速度场分布图，计算出各翅片表面在不同风速下的平均传热系数和阻力系数，并与相关实验数据对比，证明该数值模拟的正确性．研究结果表明，倾角渐增波纹翅片的平均努谢尔数比平直翅片的高13．8％～29．3％，比均匀波纹翅片的高5．5％～10．3％，其强化传热效果显著．【总页数】5页(P307-311)【作者】陈彪;余敏;龙时丹;王晓阳【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093;上海法维莱交通车辆有限公司，上海 201906;上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TK121【相关文献】1.波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟 [J], 曹先慧;马贵阳;王雷;姚尧;高艳波;莫海元;刘金彪2.倾角渐增波纹翅片管换热器空气侧流动与换热特性的数值模拟 [J], 张晓霞;周俊杰3.双开缝翅片空气侧换热和流动特性的数值模拟 [J], 魏双;郑传祥;何建龙;冯苗根4.圆管平板-波纹翅片管换热器空气侧流动换热特性的数值模拟 [J], 周俊杰;刘利武;魏新利;王定标5.百叶窗翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟 [J], 闫立林;周俊杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟

ＣＡＯＸｉａｎｈｕｉ～，ＭＡＧｕｉｙａｎｇ，ＷＡＮＧＬｅｉ，ＹＡＯＹａｏ，ＧＡＯＹａｎｂｏ，ＭＯＨａｉｙｕａｎ，ＬＩＵＪｉｎｂｉａｏ
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＳｈｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＦｕｓｈｕｎＬｉａｏｎｉｎｇ１１３００１，Ｃｈｉｎａ；
关键词：波纹翅片；对流换热；数值模拟中图分类号：ＴＥ９６５；ＴＢ６５７．５文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３６９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２ — ６９５２．２０１３．０３．０１２
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
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ２Ｊａｎｕａｒｙ２０１３；ｒｅｖｉｓｅｄ５Ａｐｒｉｌ２０１３：ａｃｃｅｐｔｅｄ７Ｊｕｎｅ２０１３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｆｉｎｉｔｅｖｏｌｕｍｅｍｅｔｈｏｄ，ａｔｈｒｅｅ — ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆａｗａｖｙｆｉｎｅｘｃｈａｎｇｅｒｗａｓｂｕｉｌｔｕｐｆｏｒｆｌｕｉｄ — ｆｌｏｗａｎｄｈｅａｔ — ｔｒａｎｓｆｅｒｓｔｕｄｙ，ａｎｄｕｓｉｎｇＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｆｌｕｉｄｆｌｏｗａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｓｉｄｅｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｏｆ６ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｓｕｎｄｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｉｒｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ．Ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆ

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ＴＱＯ５１．５文献标识码Ａ文章编号０２５４￣０９４（２０１３）０３－０３４７０５－
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１４排共计１６２根翅片管组成，每根翅片管
长３７９２ｍｍ，翅片管基管外径８９ａｍ，ｒ壁厚１３ｍｍ，
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ＣＦＤ和数值传熟学方法，建立了翅片

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）。

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。

冷凝器翅片表面流体流动及换热过程的三维数值模拟

温度等值线光滑而匀称呈分层波纹状 ,原因是平翅片表面平坦光滑 ,气体掠过时所受扰动较弱 ,换热
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

百叶窗翅片圆管换热器肋侧传热和流动特性数值研究

关键词：百叶窗翅片圆管式换热器；换热性能；摩擦因子；数值研究论文类型：应用研究AbstractFin and tube bank heat exchanger has been widely used in industry, transportation, refrigeration, air conditioning and other fields due to the advantages of compact structure and convenient operating. Evaporator and condenser are the main part of the air conditioning system, and their heat transfer performance has a direct impact on the efficiency of air conditioning system. The fin side of fin and tube heat exchanger has large heat transfer resistance. Therefore, improving the heat transfer coefficient of the fin side surface significance.Punching louvered fin on the fin surface of the circular tube bank fin heat exchanger is an efficient method to enhance heat transfer, and which is widely used in the field of air conditioning. When fluid flows through the channel formed by tubes and the louvered fins, the louvers on the fin surface discontinue the development of fluid flow and thermal boundary layer, and then enhance heat transfer. At the same time, fluid flow resistance also increases. To further optimize the louvered fin, a numerical method is used to study the fluid flow and heat transfer characteristics in the channel formed by the circular tubes bank louvered fins.This paper selects the channels which formed by the tube bank and the louvered fins as the computational domain. A reasonable grid system of the computational domain is obtained, and the independence of the numerical results on the grid size is strictly examined. In order to prove the rationality of the numerical method and the validity of the numerical method, the numerical results are compared to the experimental results. After performing above processes, numerical method is used to obtain the fluid flow and heat transfer characteristics in the channels formed by the louvered fins and the channel formed by the plain fin with the same configurations .The various characteristics such as the flow fields on the transversal sections and vertical sections, local heat transfer characteristics on the fin surfaces, the Nusselt number Nu and the pressure drop Δp along the main flow direction are compared. Under different flow rate, comparisons of the flow field and the temperature field and the pressure field between the cases of the louvered fin and the plain fin are performed. Through changing the geometry parameters of the louvered fin such as the louvered angle θ, the louvered pitch L p, the fin pitch F p, the length of louvered reversing area L d, the number of louvered units N, the transversal and the longitudinal tube pitch S, the effects of these parameters on the heat transfer performance in the channel are obtained.The results show that compared the plain fin, the louvered fin destroyed the fluid flow boundary layer, effectively improves the performance of heat transfer, and then heat transfer enhancement are obtained. The geometric parameters of the louvered fin have obvious its fluid flow and heat transfer characteristics. With increasing the louvered pitch, the number ofthe louvered units, and decreasing the tube pitch, Nusselt number increase. With increasing the louvered angle, the louvered pitch, and decreasing the tube pitch, the friction coefficient increase. According to the overall performance factor JF, the region of the parameters studied in this paper: the factor JF of the 1.2 mm fin pitch is the best; when the louver angle is 19°, the louvered pitch is 1.2 mm, the length of the louver direction reversing area is 1.95 mm and the number of the louvered units are 12, the heat transfer performance is better with 1.28 mm fin pitch; when the louver angle is 19°, the heat transfer performance is better with 1.68 mm fin pitch; when the louver angle is 27°, the length of the louver direction reversing area is 1.3 mm and the number of the louvered units are 12, the heat transfer performance is better with 2.10 mm fin pitch. The correlations of the heat exchange factor and the friction factor with Re, the louvered angle θ, the louvered pitch L p, the fin pitch F p, the length of louver direction reversing area L d, the transversal and longitudinal tube pitch S, the number of the louvered units N are provided and are compared with the experimental correlations for using in the design conveniently.Key words:the louvered fin and round tube heat exchanger; heat transfer performance; friction factor; Numerical studies目录摘要 (I)Abstract (III)1 绪论 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 国内外研究现状以及存在的问题 (2)1.2.1国内外研究现状 (2)1.2.2存在的问题及研究目的 (5)1.3本文的主要工作 (6)2 百叶窗翅片圆管换热器的模型 (7)2.1 圆管百叶窗翅片换热器结构 (7)2.2 圆管百叶窗翅片换热器的参数 (7)2.3 数学模型 (9)2.4 控制方程及边界条件 (10)2.4.1 百叶窗翅片的控制方程 (10)2.4.2 百叶窗翅片的边界条件 (11)2.5 传热和流动参数的定义 (12)3 数值方法 (14)3.1 计算区域变换 (14)3.2 控制方程的变换 (16)3.3 边界条件的转换 (17)3.4 方程建立求解 (18)3.5 速度以及压力项的修正 (19)3.6 速度与压力的耦合 (21)3.7 算法及其收敛判定 (21)4 网格系统 (23)4.1 数值解的网格独立性 (24)4.2 数值方法验证 (24)5 圆管百叶窗翅侧结果分析 (25)5.1 圆管百叶窗翅片与平直翅片的对比分析 (27)5.2 百叶窗翅侧通道内速度、温度以及压力场分布 (29)5.3 百叶窗翅片间距参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响 (42)5.4 百叶窗角度参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响 (32)5.5 百叶窗换向区长度参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响 (36)5.6 百叶窗单元数参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响 (38)5.7 百叶窗间距参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响 (41)5.8 百叶窗翅片横向管间距参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响 (43)5.9 百叶窗翅片纵向间距参数变化对圆管百叶窗翅片性能影响 (44)5.10 圆管百叶窗翅片关联式 (46)结论 (50)致谢 (52)参考文献 (53)附录符号表 (56)攻读学位期间的研究成果 (59)1 绪论1.1 课题研究的背景能源是人类社会发展的基础。

翅片换热器管外流体流动的数值模拟

流换热过程，为翅片管换热器研究和工程应用提供参考［１］。
的对流换热情况进行了数值模拟，得到不同来流速
度下翅片表面的速度场、温度场以及对流换热系数、
进出口压降随来流速度的变化关系，同时还分析了不同翅片间距下翅片管束外空气的流场情况。研究成果对翅片管换热器结构优化和改造具有参考意
ｈｅｌｐｆｕｌｗｉｔｈｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｅｒａ — ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｎｎｅｄｔｕｂｅｅｘｃｈａｎｇｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｔｅｆｉｎｎｅｄｔｕｂｅ；ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ；ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｈｅａｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＺＨＡＮＧＭｉａｏ，ＸＵＱｉａｎｇ２
（ｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ２２２００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＬｉａｎｙｕｎｇａｎｇＪａｒｉＴｏｏｌｉｎｇ
义。
关键词：矩形翅片；换热器；强化传热；数值模拟
中图分类号：ＴＫ１２４
文献标识码：Ａ
１数值模拟方法
１．１计算模型及网格划分换热器结构如图１所示。管子内径为９．３３ｍｍ，外径为１Ｏ．５５ｍｍ，翅片厚０．２ｍｍ，管子为铜管，翅片材料为铝。

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。

波纹翅片管空气侧流场与换热量数值模拟

数。本文对均匀倾角波纹翅片管、倾角渐增波纹翅片管空气侧流场与换热量进行数值模拟。
ＩｌＩＩＩ空气
图１波纹翅片管换热器整体结构
换热管
２波纹翅片管结构及物理模型
波纹翅片管换热器整体结构见图１，图中尺寸的单位为ｍｍ，换热管长度为２００ｍｍ。均匀倾角、倾角渐增波纹翅片管的结构分别见图２、３。两种波纹翅片管的换热管均采用叉排方式，换
１概述波纹翅片管换热器具有结构简单、加工容易、适
应性强等优点，广泛应用于动力、化工、石油、航空航
侧掠过物理模型，波纹翅片管单元长 ×宽为４０ｍｍ
×２６ｍｍ。
天、空调及制冷工程等领域。因此对波纹翅片管换热器的结构进行优化设计有着十分重要的意义 ¨ Ｊ。目前，国内外学者对提高波纹翅片管换热器换热性能的方法进行了数值模拟研究。谢春晖等人的研究表明，正弦波纹翅片的平均表面传热系数比平板翅片增大２６％左右，传热量增大４７％左右。司子辉等人＿３分别研究了波纹三对称穿孔翅
３５．０。。两种波纹翅片管的通用结构参数见表１。换热管的排列具有规律性，因此选取一个具有代表

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。

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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
中图分类号tk172 文献标识码a 文章编号
1674-6708(2010)25-0179-02
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。

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。

2 计算结果分析与讨论
2.1 场分布分析
本文选择了倾角为30°的百叶窗翅片为例,从温度,压强,速度3个方面定性分析了其对流换热特性。

图4所示空气横掠叉排管束时由于流通面的渐缩渐扩,引起速度大小的交替变化,而且在管束背风侧都存在由于脱体绕流产生的局部流动死区。

图5所示温度等值线分布示意图,在第一排管束迎风侧翅片表面气流温度上升的较快,原因是百叶窗翅片表面起伏变化,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。

图6所示翅片表面的压力场分布示意图,结果表明百叶窗翅片的压力场沿流线降低,前排管压力。

2.2 翅片倾角对流动换热特性的影响
图7给出了速度场分布示意图,由图7的流线速度图发现在14°时,流体几乎从中间通道流过,虽然有流体通过百叶窗的间隙带走热,但流场整体看来并没有很大的起伏,且通过百叶窗间隙的流体
速度较小;当百叶窗角度为25°时,流场整体会因百叶窗的形式做
很大的起伏,因此达到扰动流场的目的,且通过百叶窗间隙的流体,相比较之下流速较14°大。

由图8可知道角度越大,在百叶窗附近的高温区(红色区块)越薄,且见到流体在出口区域温度较高,由傅立叶定律知温度梯度越大热传效果越好。

图9结果表明,压力沿主流方向逐渐下降。

第一排管附近压力较大,第二排管附近压力较小。

2.3 进口速度对流动换热特性的影响
图10可以看出,随着空气进口速度的增加,6种物理模型结构的换热量也相应的增加。

由于速度较小,换热量与进口速度之间近似线性关系。

图11所示随着空气进口流速的增加,换热量增加的同时,其压降也是明显的增加的。

当进口气速超过1.5m/s后,压力损失增加的幅度渐趋陡峭。

图12所示的是速度与阻力系数之间关系曲线。

相同流速下,平板翅片的阻力系数最小,百叶窗翅片倾角越大,阻力系数就越大。

图13为不同操作re数与阻力特性,通道内的阻力系
数随着re 数的增大而减小,减小的幅度随着re数提高而减小。

3 结论
通过对百叶窗翅片管换热器模拟计算和分析,得出如下结论。

1)气体横掠百叶窗翅片时流场速度分布密集而变化剧烈,脱体区涡旋发展受限制;
2)阻力系数f随着re 数的增大而减小,减小的幅度随着re数提高而减小;
3)角度越大的百叶窗,总热传量较高。

而在相同空气流速下,角度越大的百叶窗,压降越大。

相同流速下,平板翅片的阻力系数最小,百叶窗翅片倾角越大,阻力系数就越大。

参考文献
[1]张慕瑾,史美中,杨贤骏.翅片管换热器的翅片效率与传热
性能,东南大学报,1994,24:44-49.
[2]王福军.计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用,清
华大学出版社,2004.
[3]c.c.wnag ,k.y.chi,y.j.chang.an expermental study
of heat transfer and friction characteristics of typical louver fin-and-tube heat exchangers.int.j.of heat and mass transfer,1998,41(4) :817-822.。