影响叉排圆管X型圆弧开缝翅片流动与传热特性参数分析

摘要

管翅式换热器结构紧凑、加工方便，被广泛的应用到化工、制冷、空调、机车换热等领域。由于大部分管翅式换热器的管外介质为空气，所以翅片侧换热系数低，热阻大，因而极大的增加了换热器的运行能耗。强化传热技术的发展不仅可以提高能源利用率，而且节约成本，达到节能减排的效果。强化传热技术采用各种类型的翅片，包括百叶窗翅片、X型开缝翅片、间断环面槽翅片等。其中间断环面槽有利于减小流动阻力，同时环面可以改善圆管背风侧的传热特性，而X型开缝翅片可以使流动流动边界层间断发展，同时形成间断发展的热边界层来强化传热。结合间断环面槽和X型开缝翅片的各自优点，有人设计出X型圆弧开缝翅片。但现有的研究鲜见对叉排圆管X型圆弧开缝翅片进行几何参数的分析。本文用数值方法对影响叉排圆管X型圆弧开缝翅片流动与传热特性参数进行分析，以便对X型圆弧开缝翅片的结构进行优化。
　　论文选取了一个合理的传热单元作为计算区域，对计算区域作合理的网格划分。为了确保数值结果的可信性，需要将数值计算得到的努塞尔数和阻力系数与实验得到的结果进行对比，同时为了保证所用网格数目对数值结果影响较小，对所使用的网格数目进行了考核。论文对比了X型圆弧开缝翅片与平直翅片的各种性能，主要包括通道内横截面的速度场、流场和温度场，努塞尔数Nu和阻力系数f随Re数的变化趋势。其次论文通过改变翅片几何参数，如开缝翅片开缝的高度H，开缝的宽度W，翅片间距Tp，分析各参数对翅片通道内流体流动与传热特性的影响，寻求影响翅片传热与阻力特性的机理。
　　研究结果表明，开缝翅片开缝的高度H，翅片间距Tp均对努塞尔数和阻力系数的影响较大，而开缝的宽度W，则对其影响最小。通过对比X型圆弧开缝翅片与平直翅片的速度场和流场发现，二次流不是影响强化传热的主要因素。而通过对比X型圆弧开缝翅片与平直翅片的表面局部努塞尔数发现，X型圆弧开缝翅片局部传热特性明显高于平直翅片，主要原因是X型圆弧开缝翅片通过间断流体流动及热边界层的发展，达到强化传热的目的。在三种评判准则：等流量条件下、等压降条件下、等泵功率条件，X型圆弧开缝翅片均比平直翅片有较好的整体传热特性。