扁管外带凹坑的蛇形翅片空间内流动与传热性能数值模拟

摘要

管翅式换热器具有结构紧凑、加工方便的优势，因而被广泛应用于制冷、空调、化工、电站等领域。直接空冷系统是火电站的主要部分，而直接空冷器作为直接空冷系统最主要的部件，它的性能对空冷系统产生了直接的影响。单排管束具有设备紧凑、换热效率高、易于维修、便于清洗、使用寿命长等优点，因此具有非常广泛的应用前景。大多数管翅式换热器管外侧的流体一般为空气，由于翅片换热系数小，热阻大，严重影响了换热器效率，因此，提高翅片表面的传热系数是一个非常重要的课题。在管翅式换热器翅片表面冲压各种不同形状的凹坑是提高翅片热交换效率的一种有效途径。当流体流经扁管与凹坑翅片形成的通道时，翅片表面的凹坑结构增强了对流体的扰动，使流线发生变化，在提高传热能力的同时产生的流动阻力并不是很大。本文提出了一种新型的扁管外带凹坑涡发生器翅片的换热器，并用数值方法研究了由扁管与带凹坑翅片形成的通道内的流动与传热特性。
　　本研究选取扁管与带凹坑翅片形成的通道作为计算区域，对选取的计算区域编制FORTRAN程序作合理的网格划分，为了保证数值结果的正确性，需要对网格进行考核；为了证明本文数值方法的合理性，需要对数值计算得到的数据结果与通过实验得到的数据认真比较；对比相同尺寸下的带凹坑涡产生器翅片与平直翅片的各种性能，主要包括通道内横向截面和纵向截面的流场与温度场分布、二次流特性、努塞尔数Nu和阻力系数f随雷诺数Re的变化规律；改变凹坑涡发生器的几何参数，如凹坑的半径R，凹坑间距S，翅片间距Tp，来分析各参数对翅片通道内换热性能的影响。结果表明：凹坑半径R、凹坑间距S、翅片间距Tp影响努塞尔数Nu和阻力系数f，但是凹坑半径R和翅片间距Tp的影响比凹坑间距S的影响大；在相同雷诺数Re下，带凹坑翅片的平均努塞尔数Num、阻力系数f、和二次流强度Se都比平直翅片的大；拟合得到了扁管与凹坑翅片形成的通道内努塞尔数Nu和阻力系数f与雷诺数Re和凹坑几何参数的关联式。本文最主要的结果是增大凹坑半径R或是其它结构参数比如增大翅片间距Tp和凹坑间距S增强了二次流强度Se的同时，换热强度也随之增加。平均努塞尔数Num与二次流强度Se有着非常紧密的联系，并且二次流强度决定了通道内的传热特性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1课题研究的背景

1.2空冷岛概述

1.3空冷岛翅片管

1.4 国内外研究现状

1.5本文的主要工作

2 扁管外钎焊凹坑涡产生器翅片物理模型

2.1 扁管外钎焊凹坑涡发生器翅片描述及参数

2.2 数学模型及边界条件

2.3传热及流体流动参数定义

3数值方法

3.1计算区域离散

3.2 控制方程转换

3.3 边界条件离散

3.4方程建立求解

3.5速度与压力的耦合

4 网格的生成

4.1 计算区域的网格生成

4.2 网格独立性考核

4.3 实验结果与数值结果的比较

5结果及分析

5.1 流场特性

5.2 温度场特性

5.3 翅片表面局部传热特性

5.4 翅片表面平均传热特性

5.5努塞尔数与阻力系数的关联式

6 通道内二次流特性

6.1.沿主流方向的二次强度

6.2.不同雷诺数下的二次强度

6.3.凹坑半径R对二次流强度的影响

6.4.凹坑间距S对二次流强度的影响

6.5.翅片间距Tp对二次流强度的影响

6.5.二次流强度的关联式

6.6.努塞尔数和阻力系数与二次流强度的关联式

结论

致谢

参考文献

附录A 附录内容名称

攻读学位期间的研究成果