空气横掠平翅片管的换热与流动数值研究

对平直翅片管外不可压缩空气稳态、层流流动的传热与流动阻力特性进行了三维数值模拟,分析了入口流速以及管离翅片入口段的不同位置对流动与换热的影响,得到了阻力因数以及翅片和管壁面的平均努塞尔特数随雷诺数和管相对位置变化的关系曲线;给出了翅片的温度以及局部努塞尔特数的分布;并以翅片效率为目标函数,获得了6种不同管位置在不同雷诺数下的最佳结构型式,利用本文算法对参考文献的试验数据进行验证,模拟结果与试验数据吻合较好,验证了模型的可靠性和有效性。     

翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟

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.     

换热器翅片表面空气流动热力过程的数值模拟

为了减少换热器翅片设计中的盲目性和复杂性，利用FLUENT软件模拟了发生在双排／叉排波纹翅片表面的空气流动和传热过程．在合理简化物理模型的基础上，采用标准κ-ε模型和速度-压力耦合的SIMPLE算法，获得了有代表性的翅片表面温度分布、换热系数等值线图，以及表面气流速度矢量图和相关计算数据．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、换热量及气流阻力的影响．结果表明，增大入口风速有利于提高翅片的换热性能，但同时又会增加系统能耗，因此入口风速的确定必须考虑系统性能的优化．     

圆孔翅片管积霜工况下的制冷性能实验

实验研究证实,圆孔翅片管在无霜工况下的传热性能远优于平翅片管,但积霜工况下的传热与制冷性能是否优越没有得到实验验证.利用冰箱制冷系统,分别采用圆孔-半圆孔交叉翅片、圆孔翅片以及平翅片管式换热器,进行积霜工况下的传热和制冷性能对比性实验研究.考察了积霜过程对圆孔孔径大小的影响;分析比较了3种不同片型的有效制冷量、传热系数和实际制冷系数;比较了强化翅片的节能效果;采用有限元法求解出翅片效率,并分离求出实际对流换热系数,从而揭示了翅片表面的实际换热情况.结果表明:与平翅片相比,当最窄截面风速为0.5 m/s时,积霜工况下,圆孔翅片的传热系数平均提高了11.53%;对流换热系数平均提高了18.84%;实际制冷系数平均提高了6.83%;有效制冷量平均提高了6.02%;节省电能6.39%.圆孔翅片是3种片型中的最优片型.     

开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟

对2排X型双向开缝翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了实验研究, 在实验的 Re范围内得出了传热和阻力的性能关联式及特性曲线.比较得出,开缝翅片的传热性能远高于平直翅片,与单向开缝翅片相比,X型双向开缝翅片的性能更好.通过数值模拟得出了 X型双向开缝翅片的效率计算曲线.应用场协同原理,对数值模拟得到的气流在2片翅片之间的温度场、速度场、对流换热系数及压降在流动方向上的沿程变化进行了分析.结果表明,开缝翅片有效强化传热的根本原因是翅片开缝后改善了速度和温度梯度的协同性.     

双排平直翅片管换热器换热和流动性能的三维稳态模拟

利用三维稳态模拟研究了叉排和顺排布置形式、几何尺寸和雷诺数ReD对双排平直翅片管换热器换热和流动特性的影响。研究结果表明:尾流区面积是影响换热量的主要因素,其原因是尾流区的风速很小,部分空气无法被主流带走,造成了空气和翅片间的温差很小,努塞尔数NuD接近零;顺排管换热器前排管的尾流区较宽,并与后排管的连接形成宽度为D的尾流通道,形成了比叉排管换热器大的尾流区面积,因而前者的换热效果比后者差。在几何参数中,翅片间距对换热量的影响最为显著,因为翅片间距较大时,管前和管侧会产生向下游移动的马蹄形漩涡,显著强化了换热;流动方向或垂直于流动方向的管间距的减小,会增大前排管尾流区对后排管的影响,从而恶化传热。     

扭曲扁管管内流动与传热的三维数值研究

利用计算流体力学和数值传热学的方法，对扭曲扁管三维模型的流动与传热性能进行了数值模拟计算和理论分析，研究了管内流体的Re，Pr以及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响，结果表明，扭曲扁管具有较好的强化传热效果，在管内流体具有高Pr低Re数的条件下，其强化传热效果尤为明显。根据数值计算的结果数据，拟合出了努塞德数和阻力系数的准则公式，对扭曲扁管工程实际应用具有一定的参考价值。     

通风巷道围岩与空气换热的数值模拟

为有效利用巷道内排除的热空气,以大隆矿区矿井通风巷道为例,采用分离求解方法,对巷道围岩一空气换热系统进行三维数值模拟,分析巷道空气出口平均温度71P、巷道围岩与巷道内空气的平均总传热系数K、巷道空气平均出口热流密度q、风速口的变化规律。结果表明：v在0．2～1．0m／s时,耳较大;v越小,砟越接近于围岩初始温度。v在5．0～7．0m／s内,对K影响不大;当v〈5．0m／s时,K呈线性规律降低。v在0．2～5．0m／s时,q呈二次曲线渐变过程。丁随着”的减小、巷道长度的增加而增加。该结果为进一步研究围岩与空气的换热问题奠定了基础。     

螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比.在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2-2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右.采用计算流体力学软件Fluent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟.结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热.对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%.     

低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究

用三维适体坐标的网格生成技术对翅片管散热器进行了低速下流动和换热的数值模拟，得到了流速与换热系数的关系，以及不同流速下翅片管流动与换热的温度场、速度场和速度与温度梯度的夹角场，并首次利用场协同原理进行了分析。结果表明：当流速很低时，速度与换热系数几乎成线性变化，场的协同性很好；随着速度的增加，场的协同性变差，换热系数随速度增加的程度减弱。     

扇形内翅片石墨管层流强化传热性能

利用数值模拟方法对一种高黏度的油类介质在6种不同布置交错角度(0°,30°,45°,60°,75°,90°)的扇形内翅片石墨换热管中层流的强化传热和流动规律进行了研究.结果表明,扇形内翅片的强化换热效果明显.与无翅片的石墨换热管相比,6种布置角度的扇形内翅片对流换热系数分别增大22.69%,42.49%,62.28%,63.44%,65.47%,66.47%.就流动性能而言,扇形内翅片的石墨管6种布置角度下的阻力分别增大了191.88%,252.01%,333.10%,364.33%,385.51%,400.43%.为了明确石墨管内添加扇形内翅片后的强化传热效应,采用了换热性能评价指标(PEC)对6种布置角度进行了评价研究,结果显示45°布置角度时PEC评价准则数的平均值达到最大,为1.265,说明布置角度为45°时强化换热效果最理想.     

翅片管换热器的翅片效率与传热性能

研究了３种不同管排数的百叶窗式翅片管换热器的换热特性，由试验数锯整理出传热系数与流速的关系，以试验数据为依据对翅片表面温度场进行了数值计算，导出百叶窗式翅片的翅片效率计算式并根据估算分离法的原理整理出换热准则方程式，为设计百叶窗式翅片管换热器提供了方便．     

百叶窗式翅片换热器中的耦合传热

对汽车上常用的百叶窗式换热器的传热过程进行了分析,建立了翅片内导热与翅片间耦合对流换热的物理数学模型,并采用数值分析方法对该耦合传热问题进行了数值模拟计算.计算结果揭示了百叶窗翅片换热器内部的流场结构和换热状况.与经验公式计算结果相比,数值计算的百叶窗翅片换热器通道阻力和换热系数显示出与实测值更好的一致性.     

凹凸管传热与流阻性能的数值模拟

利用Fluent数值模拟软件，对凹凸管进行了流动和传热的三维数值模拟，得到了管内的流动速度分布及温度分布，并将模拟结果与光滑管的结果进行了对比．结果表明，在相同的流动速度下，凹凸管的阻力系数及传热膜系数都大于光滑管，且阻力系数之比随雷诺数的增大而增大，而传热膜系数之比随雷诺数的增大而减小．在本数值模拟范围内，雷诺数由2757．76增大到13788．79时，阻力系数之比由5．5308增大到8．3663，传热膜系数之比则由2．289减小到1．585．综合评价结果表明，凹凸管的综合性能在低速时能得到明显改善，说明凹凸管特别适合低速流时的强化传热。     

缩放管内插旋流片的自然对流换热实验与数值模拟

以水为介质,对垂直放置的急扩加速流缩放管(CD)等间距内插旋流片的自然对流换热进行了实验研究和数值模拟,通过实验研究得到不同内插旋流片个数时自然对流换热系数的变化,并将实验值与光滑管的作比较,同时运用Fluent模拟得到了管内的速度分布、温度分布、传热系数和热通量沿轴向的变化.结果表明,随着旋流片个数的增加,传热系数明显增大,但旋流片个数达到7后传热系数不再明显增大,且两种类型的旋流片均有同样效果.数值模拟还表明,插入的旋流片个数越多阻力越大,其中等间距内插7个旋流片的效果最优.文中还对缩放管与旋流片对自然对流的两区协同强化传热机理进行了初步分析,通过模拟得到强化传热的原因在于壁面切向速度的提高,同时还给出了截面平均切向速度沿轴向的变化规律.     

矩形涡流发生器结构参数对圆形换热管传热特性的影响

为了提高圆形换热管的换热效率,采用SST(shear-stress transport)k-ω湍流模型(k为湍动能,ω为耗散率),对内置矩形涡流发生器的圆形换热管进行了数值模拟研究,分析了涡流发生器长高比和攻角对流动和传热特性的影响。结果表明：V型排布的4个矩形涡流发生器产生了两对反向旋转的纵向涡流,增强了冷热流体的混合,改善了圆管内的场协同,提高了换热性能;随着涡流发生器长高比的增加,换热管性能比较指标增大,但是增加幅度逐渐减小,当长高比为2时,换热管具有较好的综合性能;随涡流发生器攻角的增大,性能比较指标先增大后减小,当攻角为30°时,多数工况下性能比较指标具有最大值,换热管具有最佳综合性能。可见,矩形涡流发生器的结构参数对换热管的传热特性有巨大影响,研究结果可为换热管的设计和改进提供参考。     

桥式翅片流动和传热性能的实验研究和数值模拟

对设计的桥式翅片换热器空气侧的传热和阻力性能进行了实验研究,将大量的实验数据进行了线性回归,得出了在实验雷诺数范围内传热和阻力性能关联式及特性曲线.对比可知,在相同泵功情况下桥式翅片换热器比相同尺寸的平直翅片换热器具有更高的传热性能.同时,对以上两种翅片空气侧的温度场和速度场进行了数值模拟,并利用场协同原理对模拟结果进行了分析.分析结果表明,桥式翅片换热器具有更高传热性能的根本原因在于翅片的桥式布置能有效地改善翅片温度场和速度场的协同性.     

气流横向冲刷管束换热的场协同数值模拟验证

对气流横向冲刷管束换热这种比较复杂的流动形式,推导出了气流横向冲刷管束换热时的传热努塞尔数与场参数的关系表达式,用数值模拟的方法对场协同原理进行了分析与验证．结果表明,场协同原理同样适用于这种形式比较复杂的流动与换热．同时用场协同原理解释了管排方式和管间距对换热的影响,发现随着速度场与热流场协同作用的不同,换热随管排方式和管间距的改变也有所不同．