波纹开缝翅片管换热器传热与流动特性的实验与计算研究

摘要

翅片管换热器被广泛的用于供热、通风、空调与制冷工业的换热器中。由于流体在紧凑式翅片管换热器中的流动非常复杂，而换热器的主要热阻在空气侧，因此，提高空气侧的换热效率是提高换热器的关键。为了增加空气侧的传热系数当前主要采用的方法有：(1)缩小几何尺寸；(2)增强流体的紊流强度；(3)采用间断表面。由于采用间断表面既能破坏边界层又能增加流体的紊流强度，所以能更好的提高换热系数，因此它是目前最广泛采用的技术。 本文主要针对目前在制冷与空调上大多是平板开缝翅片，而对于波纹翅片开缝的研究还未见报道，所以本文对波纹表面进行开缝；针对波纹结构形式的设置了两种不同缝，并对它们进行三维数值模拟，研究发现：开缝面积越大，换热越好，而相应的阻力损失也越大。通过用目前常用的对翅片性能优劣的评判法：JF因子评判法；可以看出波纹开缝的翅片的JF因子明显的大于波纹的JF因子，这充分说明波纹开缝是种性能比较优的翅片结构。并且文中还分别选取X=6mm与X=2mm处两个截面对其局部温度分布、局部换热系数、局部Nu数随z轴的变化进行分析，发现它们的变化趋势与其结构特性有很大关系，由于开缝结构对边界层有一定的破坏，使其边界层分段发展，所以在开缝位置其局部分布呈现出波浪形状。文中还对影响开缝翅片的几个参数进行传热与流动的数值模拟，得出以下结论：j因子随着Re数、翅片厚度、翅片间距的增加而减小；Nu数随着Re数增加而增加，随着翅片间距与翅片厚度的增加而减小；阻力损失系数(f因子)随着Re数、翅片间距的增加而减小，而随着翅片厚度的增加是增加的，从以上的分析可以得出在选取翅片管换热器时，应尽量选取翅片间距小、厚度小的翅片，这样能提高换热效果，但同时压力损失系数也较大。 通过对其中一种波纹开缝翅进行实验研究，并把它与数值研究进行对比。实验研究结果显示：开缝翅片的传热比平板的高出20％-120％，而阻力增大30％-70％；这说明波纹-开缝翅片是一种性能比较优越的翅片结构，能显著的提高传热。实验与计算比较显示：计算的传热因子比实验的高出10％-30％，而实验的阻力损失比计算的高出15％-40％，实验与计算结果的变化趋势是一致的。 另外本文还对平板开缝翅片进行数值研究，主要对平板开缝开成X型，并把它与目前常见的开缝翅片进行比较。研究结果显示：．随着开缝面积的增加，其传热增加，但其压力损失增加。三种开缝翅片的JF因子则随着Re的增加它的之间相差逐渐减小，在Re=3000以后，三种开缝翅片的JF因子则相差不大。通过对流场分析发现X型翅片能一定程度的减小圆管后的尾迹区，使得管后的换热增强。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

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1绪论

2空调换热器强化传热的理论基础

3、数值模拟软件简介

4波纹开缝翅片管换热器的数值研究

5实验研究

6X型翅片数值模拟

7结论

致谢

参考文献

作者简历