不同进风条件下翅片管换热器的实验研究及数值分析

摘要

翅片管换热器在动力、化工、石油化工、制冷工程中应用非常广泛，是当前使用最多的换热器之一。因此，分析和研究翅片管换热器的特性，不仅有很重要的现实意义，而且对当前的节能减排有重要的推动作用。
　　影响翅片管换热器性能的参数主要包括翅片间距、管排数、翅片厚度、管径、翅片材料、管内介质温度、流量、干湿球温度、流速和换热器倾斜角度等方面。目前，由国内外大量的研究资料可以看出，对换热器的倾斜角度以及进风条件对其换热及压降的影响的研究比较少，多集中在翅片管换热器本身的结构参数上。
　　本文利用焓差法实验台对换热器进行实验，除了保证传感器的精度外，还必须保证实验工况的稳定性。实验工况的稳定性已经在搭建实验台阶段经过调试得到保证，也得到了稳定的测试方法。本文即对所选被测换热器通过此种测试方法进行实验。
　　本文的研究对象是换热器的空气侧换热及压降特性。本文以实验作为主要研究手段，同时辅助于CFD数值模拟的方法，对不同倾斜角度的换热器、分别在自由进风及受限进风条件下的性能进行了研究和分析。主要研究工作内容有：
　　1.实验研究了自由进风下换热器的传热及压降特性
　　被测换热器在6种倾斜角度（-60°,-45°,-30°,30°,45°,60°）下空气侧的换热及压降特性有何不同；
　　2.实验研究了当换热器在以上六种倾斜角度下，自由进风和受限进风对空气侧换热和压降特性的影响；
　　3.实验研究了在受限进风条件下，当换热器倾斜角度相同时，换热器空气侧换热和压降特性受进风角度的影响。
　　4.空气侧换热特性的数值模拟计算利用Fluent软件对换热器进行数值模拟，对实际被测换热器进行了模型简化，计算了自由进风条件和受限进风条件下换热器空气侧换热系数，选取了几种角度下的计算结果与对应的实验结果相比较，由实验和模拟的结果可以看出该实验和模型结果可靠性。
　　通过以上的研究工作，得出了以下结论：
　　1.在自由进风条件下，换热器倾角θ=±45°时的换热系数较高，正倾斜角度的换热效果优于负倾斜角度，数值模拟结果发现在θ=±45°时出口空气平均温度低于其他角度的出口空气平均温度，故换热系数较高；
　　2.压降随着倾斜角度?的绝对值的增大而增大；
　　3.在正倾斜角度下，自由进风的换热效果优于受限进风的换热效果，负倾斜角度得到的结果相反。数值模拟选取负倾斜角度研究，发现负倾斜角度下自由进风的换热器出口空气平均温度高于受限进风条件下的温度，故换热系数前者高于后者。
　　4.压降不受有无进风管存在的影响；
　　5.相同倾斜角度下，换热和压降都不受进风角度的影响。并且数值模拟的结果可以发现由于空气回流的影响使得进风角度对换热不起作用；
　　6.不同的进风角度对压降的影响很小。

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第一章 绪论

1.1研究背景及研究意义

1.2研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 实验及数据处理方法

2.1 实验台介绍

2.2 传感器标定

2.3实验对象和实验方法

2.4 数据处理方法

2.5 本章小结

第三章 不同进风条件换热器实验及结果

3.1进风条件

3.2 自由进风

3.3 受限进风

3.4本章小结

第四章 数值模拟

4.1 CFD概述

4.2 Fluent软件

4.3 翅片管换热器简化模型

4.4 计算结果

4.5 本章小结

第五章 总结

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

作者在攻读学位期间论文发表情况