开缝圆肋传热性能数值研究及场协同原理分析

摘要

在光管上增加肋片可以有效提高空气侧的换热系数,在肋片上开缝可以进一步增强其换热性能,因此开缝圆肋对换热器强化换热起到重要的作用,已经成为当今热点研究课题。
　　 本文应用FLUENT软件,设置7种不同风速,分别对11种肋片空气侧的传热特性与阻力特性进行了数值模拟,并结合场协同原理深入解析其强化换热机理。这11种模型中其中4种为平直圆肋片,其它7种为开缝圆肋片。11种肋片具有相同的几何尺寸,肋片表面开缝数相同且上下交错建有突起,但开缝位置不同。7种开缝圆肋的其中2种是后部加密开缝,其他是均匀开缝,与此之外,7种肋片里面有3个优化设计模型。研究模型为三维、稳态流动。
　　 通过比较得出,开缝圆肋的传热性能远高于平直圆肋,平均努塞尔数Nu提高了60％至90％,平均场协同数Fc增加了20％至27％。与均匀开缝肋片相比,后部区域局部开缝圆肋的性能更好。应用场协同原理,对数值模拟得到两肋片之间流体的温度场、速度场和阻力系数进行了分析,结果表明,开缝肋片有效强化传热的根本原因是肋片开缝改善了速度与温度梯度的协同性。并通过一些列优化得到椭圆形基管、后部加密开缝圆肋,此模型比普通均匀开缝模型具有更好的综合性能,努塞尔数Nu提高了8％,阻力系数f降低了30％至40％,平均场协同数Fc增长了10％左右,性能得到了全面提升。