管翅换热器换热与流动的三维定常特性分析

为了深入了解单排管翅式换热器换热和流动特性,在雷诺数为100~600之间,翅片间空气为定常层流条件下,利用复合坐标网格系统及对流、导热相结合的数值分析方法,对5种不同几何参数平板翅紧凑管翅式换热器的流场、温度场、换热系数、传热量、压降、翅片效率进行了模拟计算和分析。结果表明:翅片越薄,单位体积、单位质量的传热量越大;在一定雷诺数条件下,存在一个最佳的翅片间距,并使得换热量最大;对所讨论的5种情况来说,当雷诺数为400时,翅片宽度较小的?热器的总传热量比其他4类高10%左右,但压力损失的降低变化不大。无论在哪种条件下,翅片后半部的传热量占全部传热量的25%以下,并且当雷诺数较低时,该比例会更低。     

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．     

基于正交试验和Fluent的管翅式换热器结构优化

通过正交试验和数值模拟相结合的方法研究平直翅片管式换热器的换热和流阻特性,以换热系数和压降作为评价指标,用逐个分析各参数对换热和流阻特性的影响以及综合换热评价指标两种评价方法实现对换热器风机风量、翅片间距、厚度和管横纵向间距的优化。结果表明：翅片间距对压降影响最大,管纵向间距对空气侧换热系数影响最大;一种优化组合为风机风量1 450 m³/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm和纵向间距15 mm,另一种优化组合为风机风量1 700 m³/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm、纵向间距21 mm;使用优化换热器的冰淇淋机的换热能力比原设备分别提高了5.73%和6.85%。     

非对称翅片管换热器最佳管中心位置的数值分析

运用Fluent软件对非对称翅片管换热器空气侧的流动与换热特性的影响进行了数值模拟分析了非对称翅片管的管中心位置对换热特性的影响,研究了7种不同比值和不同迎风面流速下的空气侧压降与换热特性,当管中心到翅片前后边缘距离的比值为1.32时,可获得最大的换热量在相同的工况下,通过与对称翅片管比较得出,非对称翅片管比对称翅片管的换热量最大增加10.01％,而压降最大增加3.38％.     

条形翅片管换热器的性能研究

本文介绍了一种近似计算条形翅片管换热器空气侧换热系数和流动阻力的方法,换热系数是用条形和平翅片处换热系数按面积加权平均的方法来求得的。这种计算方法与试验结果比较吻合。通过对国内生产的条形翅和平翅片(进口边缘有波纹)管的试验表明,在相同迎面风速(w_f=1.8m/s)和片距下,条形翅片管换热器的传热系数比平翅片管换热器约高50%,但相应的流动阻力仅增加25～30%。因此,对条形翅片管换热器可采用较大的片距(每10mm4～5片)或比平片更少的排数,这样不仅可以在相同的空气阻力下传过更多的热量,而且还可以大大地节约翅片材料。     

横向翅片扁管换热器和叉排圆管换热器的传热和流阻性能对比

为提高换热器传热和流阻性能,提出一种横向翅片扁管换热器,特征为扁管两侧有圆弧形迎风面,翅片在扁管上下横向平行布置,扁管内部由加强筋分隔为多条流道。将横向翅片扁管换热器与叉排圆管换热器的传热和流阻性能进行对比,得到不同工况下两种结构换热器的传热性能参数和空气阻力,进而计算得到表示单位压降下换热强弱的综合性能指标。采用最小二乘法拟合得到管外传热系数、阻力、综合性能指标与雷诺数的准则关联式。结果表明：横向翅片扁管换热器的空气阻力远远小于叉排圆管换热器,风速为4 m/s时,横向翅片扁管换热器单位长度压降为441.56 Pa/m,而叉排圆管换热器为1 933.04 Pa/m;雷诺数大于2×10⁴时,横向翅片扁管换热器综合换热能力超过叉排圆管换热器,综合性能指标最大值为叉排圆管换热器的2.58倍。     

管束排列方式对矩形翅片椭圆管束性能的影响

采用标准k-ε模型,对错排和错列两种排列方式在不同管间距下共24种结构进行了计算分析,发现错列结构的换热性能和综合性能均优于错排结构.错排结构性能跟横向管间距关系较大,而错列结构的性能对管间距并不敏感.通过对两种结构的流场、温度场特征分析,发现错列结构类似于圆管换热器中的叉排,错列结构在强化翅片换热的同时也强化了管子的换热,该结构具有较大的管束进口压力损失是造成其空气侧总压降大于错排结构的主要原因.     

平直-波纹翅片椭圆管外空气流动与传热特性的数值研究

利用三维稳态湍流数值模拟方法,研究了物性参数为常数的空气在波纹翅片椭圆管和4种不同结构参数的平直-波纹复合翅片椭圆管换热器翅片间的换热与流阻特性,揭示了空气进口流速(或雷诺数Re)、平直-波纹复合翅片中波纹段占有比例以及所处位置对翅片表面平均努塞尔数Nu、压差损失Δp和翅片管综合换热性能因子j/f影响的规律。结果表明,复合翅片中波纹段所处的位置对换热强度的影响显著,但对流动压降(Δp)的影响甚微;复合翅片中波纹翅片所占比例的多少是影响Δp的关键因素;翅片宽度方向平均Nu(x)的变化主要发生在翅片起始段,不同结构翅片末段的Nu(x)值相差很小,但此处的波纹翅片却会使总压降增加,即翅片末段宜采用平直翅片;几种翅片椭圆管换热器的综合性能j/f均有最佳值产生,起始段为6个波长波纹翅片与末尾段为8个波长的平直翅片形成的复合翅片椭圆管换热器的综合性能最佳。研究结果将对翅片管换热器的选型设计提供理论指导。     

基于换热成本比的R410A风冷式冷凝器优化

在对R410A空调用风冷式冷凝器进行实验研究的基础上,以换热量成本比为优化目标,分析了换热器结构参数变化对冷凝器性能的影响,进行了基于稳态分布参数模型的换热器仿真计算.通过比较,得出冷凝器换热量和传热系数随换热器的结构参数变化的情况,给出了冷凝器在一定运行条件下的单变量和多变量优化结果.研究表明,换热成本比随翅片厚度、翅片间距和管内径的减小而增大.     

平行流冷凝器空气侧结构参数研究及优化

用正交实验法设计了平行流冷凝器空气侧数值模拟的结构方案,对车用空调冷凝器的风速范围进行流动换热计算.在此基础上,应用田口法分析翅片高度、百叶窗转向区长度、翅片间距、翅片宽度、百叶窗间距和百叶窗角度六个结构因素对空气侧传热和流动影响的重要性,得到空气侧最优参数组合.结果表明:翅片宽度是传热因子主要影响因素,翅片间距则对摩擦因子影响最大;翅片间距、百叶窗角度和百叶窗间距对平行流冷凝器空气侧综合性能影响起主要作用;在雷诺数600~1 400范围内,优化分析得到的最佳参数组合的平行流换热器空气侧综合性能提升了4.03%~11.09%.     

Heat Transfer and Friction Characteristics of Wavy Fin with Hydrophilic Coating under Dehumidifying Conditions

An experimental study on the airside heat transfer and friction characteristics of seven hydrophilic-coated wavy finned tube heat exchangers is performed under dehumidifying conditions. The effects of fin pitch, number of tube rows and inlet air relative humidity on the airside characteristics are investigated. The airside heat transfer and friction characteristics are presented in the form of Colburn factor and friction factor, respectively. The test results indicate that the Colburn factor and friction factor increase with decreasing fin pitch. The Colburn factor of 2tube row heat exchanger is higher than that of 3 row heat exchanger, while their friction factors are nearly equal. As the inlet relative humidity increases, the Colburn factor increases and the friction factor is almost unchanged. The airside heat transfer and friction correlations are proposed for the hydrophilic-coated wavy fin with mean deviations of 6.5% and 9.1%, respectively. They can be used to design or evaluate hydrophilic-coated wavy fin-and-tube heat exchangers.     

排数对矩形翅片椭圆管束换热的影响

本文采用质热比拟技术，对矩形翅片椭圆管翅片表面的局部和平均传质系数进行了实验研究，由翅片表面局部传质系数的测量可以看出，管排数对翅片表面尾部回流旋涡区面积影响较大；第一排管换热系数比稳定值约低２０％，Ｒｅ数较大时，第二排管Ｓｈ数约高于稳定值６％。     

柱状散热结构对流换热过程仿真优化研究

文章研究了一种柱状结构散热器,与传统平板直肋片散热器相比,增大了换热面积,提高了散热效率．运用CFD软件ICEPAK对散热器的柱排列方式及截面形状进行了数值模拟,通过对散热器表面的流场、温度场和压力场的分析,获得满足要求的散热器最优结构．结果表明：菱形错排具有最优的散热效果,确定了柱截面面积存在着最优值．     

燃气水加热器用翅片管换热器传热特性的实验

研究了3种管子与4种管子（N＝1，2，3，4）及10种管排间距的平直翅片管换热器试件在燃气水加热器中的换热特性。在该类型换热器常用的雷诺数（Re=180-400)范围内，考虑了包括翅片间距，翅片高度，管排横纵向间距等因素对于平直翅片管换热器的影响。给出了平直翅片管换热器在该类水加热器中应用的可靠率在95％以上的换热关联式。得出Re，翅片间距，管排数对换热的影响规律。在Re=180-400,Nu与Re基本呈线性关系；在N＞3后，管束的换热性能差异较小，为这种换热器的设计，选型及优化提供了依据。     

变管径空冷凝汽器空气侧换热特性研究及优化

针对四排等管径圆管直接空冷凝汽器冬季因换热不均易产生冻结的情况,提出了采用变管径翅片管束的思想。用计算流体力学(CFD)方法,对变管径翅片管束的流动换热特性进行数值模拟。研究发现,变管径翅片管束相比于等管径翅片管束,换热均匀性大幅提升,综合性能也有所提高;为提高该类换热器换热性能,将管束排布方式由近等边变化到近等速,凝汽器综合性能增大而换热均匀性变化不明显;在近等速排列变管径管束的翅片上加装涡发生器,综合性能进一步提高,换热均匀性对雷诺数的敏感性有所改变。     

交错管束间湿空气-水蒸发冷却特性模拟

为研究交错管束间喷淋水-湿空气及管壁-喷淋水间传热传质特性,综合考虑了喷淋水在交错管束间运动及传热传质过程,采用基于DPM （discrete phase models）与WFM （wall film models）耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了交错管束间湿空气-水蒸发冷却传热传质特性分析模型.通过文献实验数据验证了模型的可靠性,最大误差仅为1.1%;模拟了运行参数对交错管束间湿空气-水传热传质性能的影响.结果表明,空气流量对交错管束间传热传质性能的影响要比喷淋水流量对其影响更加显著,因此可适当降低喷淋水流量提高循环水泵能效;干湿球温度升高会对交错管束间传热传质性能产生不利影响,但与干球温度相比,湿球温度对交错管束间传热传质影响更大;提高喷淋水温度可以改善喷淋水膜-管壁间的Nusselt数,但管束壁面平均温度也随之升高,从而降低冷水机组的性能.上述研究成果为交错管束热力设计计算提供依据.      

近室温下圆翅热管翅片结构的遗传算法优化

阐明了采用热管作为空调系统的热回收装置具有巨大的节能意义.分析了近室温下的圆翅热管传热模型.以单位温差、单位换热量下的热管翅片体积最小为目标函数,建立了热管翅片高度、间距、厚度等结构参数的函数关系式.利用遗传算法对目标函数进行了优化,计算结果表明了遗传算法的有效性.     

微重力条件下管肋式空间辐射器的传热分析

建立了航天器上常用的管肋式空间辐射器在微重力条件下的导热、对流和辐射相互耦合的复杂传热过程的数学模型，并考虑了管壁与肋片表面之间相互辐射的影响。整个模型的求解采用迭代法，管内流体的速度场和温度场的求解用ＳＩＭＰＬＥ算法，分别计算了肋片上的温度分布、管壁与肋片上的热流分布与管内对流换热的平均Ｎｕ数，得出了进行管肋式空间辐射器优化设计所必需的重要参数，同时还研究了重力场对辐射器传热的影响，对在地面上进行空间辐射器的模拟实验研究具有重要意义。