风冷翅片式热管散热器的性能仿真探究
- 格式:docx
- 大小:269.10 KB
- 文档页数:5
翅片式管翅式换热器流动换热性能比较研究摘要:随着制冷空调行业的发展,人们已经把注意力集中在高效、节能节材的紧凑式换热器的开发上,而翅片管式换热器正是制冷、空调领域中所广泛采用的一种换热器形式。
对于它的研究不仅有利于提高换热器的换热效率及其整体性能,而且对改进翅片换热器的设计型式,推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。
由于翅片管式换热器在翅片结构形式和几何尺寸的不同,造成其换热性能和阻力性能上的极大差异。
本文概述目前国内外空调制冷行业中的普遍采用的几种不同翅片类型(平直翅片、波纹翅片、开缝翅片、百叶窗形翅片)的换热及压降实验关联式及其影响因素,对不同翅片形式的管翅式换热器的换热及压降特性的实验关联式进行总结,并对不同翅片的流动换热性能进行了比较。
正确地选用实验关联式及性能指标,将对翅片管式换热器的优化设计及其制造提供可靠的依据。
关键词:翅片形式;管翅式;换热器;关联式;流动换热性能1 绪论1.1课题背景及研究意义换热器是国民生产中的重要设备,其应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空等各工业部门。
例如,过路热力系统中的过热器、省煤器、空气预热器、凝汽器、除氧器、给水加热器、冷却塔等;金属冶炼系统中的热风炉、空气或煤气预热器、废热锅炉等;制冷及低温系统中的蒸发器、冷凝器、回热器等;石油化工工业中广泛采用的加热及冷却设备等,制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器,这些都是换热器应用的大量实例。
它不但是一种广泛应用的通用设备,并且在某些工业企业中占有很重要的地位。
例如在是有化工工厂中,它的投资要占到整个建厂投资的1/5左右,它的重量站工艺设备总重的40%;在年产30万吨的乙烯装置中,它的投资站总投资的25%。
由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临这能源短缺的局面,各国都致力于新能源的开发,并积极开展预热回收及节能工作,因而换热器的应用又与能源的开发及节约有着密切的联系。
翅片管换热器传热特性的数值模拟研究的开题报告一、选题背景及研究意义翅片管换热器作为一种常见的换热设备,在各种工业领域中广泛应用。
其优势在于具有较高的传热效率和达到较高的换热功率密度。
为了更好地了解其传热特性,需要对其进行数值模拟研究。
本文将针对翅片管换热器进行数值模拟研究,探讨其传热性能。
具体研究内容为:1)建立翅片管换热器的数值模型;2)分析不同数组方式和翅片参数对传热性能的影响;3)分析流体热物性参数对传热性能的影响;4)探讨翅片管换热器的优化设计。
此项研究具有重要的理论和实际意义。
理论上,研究翅片管换热器的传热特性,可以深入了解其换热信号,为设计和优化提供基础数据。
在实践中,通过有效的设计和优化翅片管换热器,减少能源消耗,提高生产效率,降低生产成本,具有重要的经济和社会意义。
二、研究内容和方法1.建立数值模型由于翅片管换热器的几何形状复杂,一般采用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟,以获得其传热性能。
本文将采用ANSYS Fluent软件建立封闭式水冷翅片管换热器的三维数值模型,模拟翅片管换热器的传热特性。
2.分析不同数组方式和翅片参数对传热性能的影响本文将选取不同数组方式和翅片参数,分别对其不同的传热性能进行分析研究。
分析各种参数对翅片管换热器传热效率影响的规律,为翅片管换热器的优化设计提供理论依据。
3.分析流体热物性参数对传热性能的影响流体热物性参数包括热导率、比热容和密度等,都是影响翅片管换热器传热性能的重要因素。
本文将在研究过程中分析这些参数对传热性能的影响。
4.探讨翅片管换热器的优化设计基于数值模拟结果及分析,根据目标要求,针对翅片管换热器进行有效的优化设计,提高其传热效率,降低运行成本,达到节能减排的目的。
三、预期研究成果1. 建立封闭式水冷翅片管换热器的数值模型,并进行合理的验证。
2. 探究不同数组方式和翅片参数对传热性能的影响规律。
3. 分析流体热物性参数对传热性能的影响规律。
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第 29卷增刊 ·82·化工进展翅片管式换热器的数值模拟与优化司子辉,张燕,康一亭,欧顺冰(西华大学能源与环境学院,四川成都 610039摘要:利用 FLUENT 数值模拟方法,研究两种翅片(波纹三对称穿孔翅片与波纹翅片的表面流动性与传热性,得到不同风速表面传热系数的分布。
表面传热系数模拟结果与实验数据的误差为 5%~10%,证明该模拟方法的正确性。
研究结果表明:当气流速度不同时,波纹三对称穿孔翅片表面传热系数比波纹翅片表面传热系数高20%~28%,节约能耗,强化传热。
关键词:翅片;数值模拟;表面传热系数中图分类号:TB 657.5; TQ 008 文献标志码:A 文章编号:1000– 6613(2010 S2–082– 05Numerical simulation and optimization of finned tube heat exchanger SI Zihui , ZHANG Yan, KANG Yiting, OU Shunbing(School of Energy and Environment, Xihua University, Chengdu 610039, Sichuan , ChinaAbstract: The performance of surface flow and heat transfer of two kinds of different finned-tubes (wavy three symmetric holes fin surfaces and wavy fin surfaces are numerically studied by using FLUENT software, and distributions of convection heattransfer coefficients are obtained. The error of surface heat transfer coefficient between simulation results and experimental data ranges from 5% to 10%, which proves the feasibility of the simulation method. The results show that the convection heat transfer coefficients of the wavy three symmetric holes fin surfaces increase by 20%—28% compared to the wavy fin surfaces, thus saving energy and enhancing heat transfer.Key words: fin; numerical simulation; surface heat transfer coefficient翅片管式换热器应用广泛,其强化传热的数值模拟的研究一直是研究者普遍关注的课题。
翅片式风冷换热器设计一、设计原理翅片式风冷换热器由翅片管和冷却风机组成。
工作时,热媒流经管道,通过管道壁与外界冷却空气进行热量交换,从而将热量传递给空气。
同时,冷却风机通过流过翅片管的冷却空气,将其吹入翅片间隙,增加换热面积,提高换热效率。
二、换热器设计参数1.翅片管长度和直径翅片管长度和直径的选择应根据换热器的工作条件来确定。
一般来说,较长的翅片管长度可以增加换热面积,提高换热效率,但也会增加阻力和成本。
而较大的翅片管直径可以增加流体的流量和传热量,但同样也会增加阻力和成本。
2.翅片间距和数量翅片间距和数量的选择需要根据换热介质的温度和流速来确定。
较小的翅片间距可以增加换热面积,提高换热效率,但也会增加阻力。
翅片数量应根据实际需求来确定,一般来说,较大的翅片数可以增加换热面积,提高换热效率,但也会增加成本和复杂性。
3.翅片高度和厚度翅片高度和厚度的选择应根据换热介质的温度和流速以及换热需求来确定。
较大的翅片高度和厚度可以增加换热面积,提高换热效率,但也会增加阻力和成本。
三、翅片式风冷换热器的工作原理具体工作流程如下:1.热媒从换热器的进口进入管道,流经管道内部。
2.在管道内部,热媒通过管道壁与外界冷却空气进行热量交换。
热媒的热量传递给冷却空气,使其升温。
3.升温的冷却空气经过冷却风机的吹扫,被吹入翅片间隙。
4.在翅片间隙中,冷却空气与翅片接触,进行热量交换。
冷却空气吸收翅片的热量,并将其带走。
5.冷却的热媒经过管道进一步流动,从换热器的出口排出。
四、翅片式风冷换热器的优缺点1.结构紧凑,占用空间小。
由于翅片式风冷换热器利用翅片增加了换热面积,故相同换热量下其体积相对较小。
2.热量传递效率高。
翅片式风冷换热器具有较大的换热面积,能够实现高效的热量传递。
3.适用范围广。
翅片式风冷换热器适用于多种介质的换热,例如空气、水等。
1.清洗困难。
由于翅片之间的间隙较小,难以将污物清洗干净。
2.阻力较大。
翅片式风冷换热器会增加流体的阻力,降低了流体的流动速度。
文章编号:CAR105翅片管式换热器空气侧性能的数值模拟陈莹1高飞1高冈大造1徐林虓1李维仲2左建国2(1三洋电机(中国有限公司大连分公司2大连理工大学能源与动力学院摘要采用数值模拟的方法对翅片间距为1.6mm的波纹翅片管换热器的性能进行了研究,考察了在不同的迎面风速条件下1-5列换热器空气侧的换热和压降特性。
得到了翅片表面温度分布、压力分布等结果,分析了迎面风速对翅片表面的温度、空气流动的影响。
数值模拟结果与在相同条件下的试验结果进行了对比,对数值模拟结果的准确性进行了验证。
关键词波纹翅片换热器数值模拟换热系数压力损失NUMERICAL SIMULATION OF AIR-SIDE PERFORMANCE OFFINNED TUBE HEAT EXCHANGERChen Ying1 Gao Fei1 Daizo Takaoka1 Xu Linxiao1 Li Weizhong2 Zuo Jianguo2(1 SANYO Electric(ChinaCo.Ltd. Dalian Branch Research Dept2 Energy and Power Department of DLUTAbstract The performance of corrugated finned tube heat exchangers are simulated, the characteristic of air side heat transfer and friction of 1-5 rows heat exchangers are investigated under different frontal velocities. The results of temperature profile and pressure profile on fin surface are achieved. The effect of frontal velocity with the fin surface temperature and air flow is analyzed. The numerical results are validated by comparing with the experimental results under the same boundary conditions.Keywords Corrugated fin Heat exchanger Numerical simulation Heat tranfer coefficient Pressure drop0 引言管翅式换热器被大家广为关注[1,2,3],因此,对于管翅式换热器的换热及阻力性能的研究,具有重要意义。
散热器翅片长度对散热能力影响的仿真散热器是一种用于散热的装置,主要用于电子设备、发动机和其他高功率设备的冷却。
散热器通常由多个平行排列的翅片组成,这些翅片能够增加散热器的表面积,从而提高散热效果。
本文将通过仿真,研究散热器翅片长度对其散热能力的影响。
首先,我们需要建立散热器的数学模型。
假设散热器的翅片是平行排列的,翅片之间的间隔很小,可以忽略不计。
我们将翅片的长度设为L,宽度设为W,厚度设为T。
散热器的底部和顶部是平行的,设为温度T1和T2根据热传导定律,散热器翅片上的热流密度Q与温度差ΔT成正比,与翅片长度L、翅片宽度W和翅片厚度T成反比。
具体而言,可以使用如下公式来表示:Q=k*(T1-T2)*(L/(W*T))其中,k是散热系数,表示材料的导热性能。
为了研究散热器翅片长度对散热能力的影响,我们需要进行数值仿真。
可以使用计算机软件如ANSYS或COMSOL Multiphysics来进行仿真。
首先,我们需要将散热器的几何参数输入到仿真软件中,包括翅片长度L、宽度W和厚度T,以及底部和顶部的温度T1和T2然后,我们需要设置材料的导热系数k。
根据散热器的实际材料,可以通过文献或实验来获取这个数值。
接下来,我们需要设置边界条件。
底部的温度T1是已知的,可以设置为一个固定值。
顶部的温度T2是未知的,需要通过仿真计算得到。
我们可以假设初始时T2与T1相等。
然后,我们可以进行数值迭代计算。
首先,根据已知的边界条件和翅片的几何参数,计算出翅片上的热流密度Q。
然后,根据热传导定律,计算出翅片顶部的温度T2、再次计算翅片上的热流密度Q,然后更新翅片顶部的温度T2、重复这个过程,直到计算结果收敛。
最后,我们可以根据仿真结果,分析散热器翅片长度对散热能力的影响。
可以绘制翅片长度L与散热能力之间的关系曲线,观察其变化趋势。
同时,可以定量地计算出散热器的散热能力,如平均散热功率或温度降。
根据这些结果,可以优化散热器的设计,以提高其散热性能。
空调用翅片新技术的数值模拟研究与应用随着现代化的发展,空调设备已成为现代生活中必不可少的一部分。
而翅片作为空调器中的重要组成部分,其性能的优劣直接影响着空调的制冷效果和使用寿命。
因此,如何提高翅片的散热效率和降低制造成本,成为了当前空调器行业面临的一个重要问题。
本文将介绍一种新型的空调用翅片技术,并通过数值模拟的方法对其进行研究和应用。
一、空调用翅片新技术的研究背景传统的空调翅片材料通常采用铝合金或铜合金等金属材料,其制造成本较高,且散热效率有限。
为了提高空调翅片的散热效率和降低制造成本,近年来,国内外学者对空调用翅片的材料和结构进行了多方面的研究。
其中,纳米复合材料和微孔材料等新型材料的应用,以及不同形状和结构的翅片设计,成为了当前研究的热点。
二、空调用翅片新技术的设计与制造本研究设计了一种新型的空调用翅片,其采用了纳米复合材料,结构为多孔状,具有较高的散热效率和降低制造成本的特点。
该翅片的制造过程如下:1. 首先,将铝合金或其他金属材料进行预处理,使其表面平整,去除表面的氧化物和杂质。
2. 然后,将纳米复合材料均匀地涂覆在铝合金表面上,并通过高温处理使其与铝合金表面形成牢固的结合。
3. 接着,采用数控机床或激光切割等技术,将铝合金板材切割成具有多孔状结构的翅片。
4. 最后,对翅片进行表面处理和抛光等工艺,使其具有良好的表面光洁度和抗腐蚀性能。
三、数值模拟研究为了验证新型空调用翅片的散热效率和制冷效果,本研究采用了数值模拟的方法进行了研究。
具体步骤如下:1. 建立空调器翅片的三维模型,包括翅片的形状、尺寸、材料等参数。
2. 设置翅片的边界条件和工作状态,包括流体的温度、速度、压力等参数。
3. 运用计算流体力学(CFD)软件对翅片的散热效率和制冷效果进行模拟计算,得出相关的数值结果。
4. 分析和比较不同材料和结构的翅片的散热效率和制冷效果,选择最优的翅片材料和结构。
四、应用研究本研究将新型空调用翅片应用于具体的空调器中,通过实验验证其散热效率和制冷效果。
热管散热器散热性能的实验研究与数值模拟的开题报告一、选题背景随着计算机、电子设备的不断发展,散热问题一直是工程设计中需要克服的难题。
高性能的CPU、GPU等集成电路器件在工作时发热量大,需要通过有效的散热方式来维持其正常工作温度。
传统的散热方式主要有风扇散热器、散热片、水冷散热器等,但这些散热器存在着噪音大、寿命短、效率低等问题。
热管散热器作为新型散热器,具有结构简单、散热效率高、寿命长等优点,已经被广泛应用于电子设备、航空航天、医疗器械等领域。
目前的研究主要集中在理论分析和仿真计算上,对热管的热传输特性和结构参数的影响等方面有一定的探究,但对于实验研究的报道很少。
二、研究目的本文的研究目的是通过实验和数值模拟相结合的方式,对热管散热器的散热性能进行研究。
具体包括以下内容:1、设计制作热管散热器样机,测试其散热性能,并与传统散热器进行比较分析;2、通过数值模拟,分析热管散热器的内部流场变化、温度分布情况,探究热管结构参数对散热性能的影响;3、结合实验和数值模拟结果,提出优化建议,改进热管散热器性能。
三、研究内容1、热管散热器的原理和设计制作方法2、实验部分:(1)热管散热器样机的制作和测试(2)传统散热器和热管散热器散热性能的对比分析3、数值模拟部分:(1)建立热管散热器的三维数值模型(2)分析热管散热器内部流动及温度分布情况(3)探究不同结构参数对热管散热器散热性能的影响4、结合实验和数值模拟结果提出优化建议四、研究意义通过研究热管散热器的散热性能,可以从实验和数值模拟两个角度深入探究其内部流场变化和温度分布情况,为后续热管散热器的优化设计和应用提供理论依据和实验数据支持。
翅片式风冷换热器设计翅片式风冷换热器是一种常用于工业和家用领域的换热设备,广泛应用于汽车、航空航天、电力、化工等行业。
它利用空气作为介质,通过翅片的散热面积和空气的流动来实现热量的传递。
在设计翅片式风冷换热器时,需要考虑到流体和空气的传热性质、翅片的结构形式、流体和空气的流量以及换热管道的设计等因素。
首先,设计翅片式风冷换热器需要考虑到流体和空气的传热性质。
翅片式风冷换热器通常用于高温或高压条件下的换热,因此需要确保翅片和换热管材料的耐高温性能。
在选择材料时,需要考虑到其导热性能和耐腐蚀性能。
同时,还需要根据流体的性质和工艺要求确定其流速、温度和压降等参数,以确保换热器的性能和稳定性。
其次,设计翅片式风冷换热器需要选择合适的翅片结构形式。
翅片的结构形式直接影响换热器的散热效率和压降。
常见的翅片结构有平行翅片、斜翅片和交叉翅片等形式,具体选择则需要根据换热器的使用条件和要求进行确定。
此外,还需要根据翅片的尺寸和间距等参数进行设计,以满足换热面积和空气流通的要求,并确保翅片的强度和稳定性。
第三,设计翅片式风冷换热器需要考虑流体和空气的流量。
流量对于换热器的性能和效率有着直接的影响。
在设计时,需要确定流体的流速和进出口温度差,进而计算出换热器的热传导率和对流换热系数。
同时,还需要根据空气的流通情况,确定适当的空气速度和风扇功率,以确保换热器的散热效果和能耗。
最后,设计翅片式风冷换热器还需要考虑换热管道的设计。
换热管道的设计涉及到管道布局、管道尺寸和管道材料等方面。
在进行设计时,需要根据流体的性质和要求,确定管道的流通面积和长度,并进行合理的布置。
此外,还需要选择合适的管道材料,以满足流体的流动和换热的要求,同时具备足够的强度和耐腐蚀性能。
总之,翅片式风冷换热器设计需要综合考虑流体和空气的传热性质、翅片的结构形式、流体和空气的流量以及换热管道的设计等因素。
通过科学的设计和合理的选择,可以实现翅片式风冷换热器的高效率、稳定性和可靠性。
翅片式风冷换热器设计一、翅片式风冷换热器的设计原理翅片的设计要求较高,首先是要有足够的散热面积,以增加热量的传导面积。
其次,翅片要有较高的导热性能,以便迅速将热量传导到整个翅片表面。
此外,翅片的间距和形状也对流体流动和传热有着重要的影响。
二、翅片式风冷换热器的结构管道是用于传递热介质的通道,通常是通过焊接或套管连接到翅片上。
管道的材料选用应根据热介质的特性和工作环境来确定。
支撑结构是用于支撑翅片和管道的框架,通常由钢材制成。
其设计通常考虑到整个结构的强度和稳定性。
风扇是通过产生强风使翅片散热的关键组件。
风扇的功率和风速需要根据换热器的散热要求和风道设计来确定。
三、翅片式风冷换热器的性能指标1.散热面积:散热面积是决定换热器换热效果的关键因素,它与翅片的面积有关。
通常情况下,散热面积越大,换热效果越好。
2.热传导系数:热传导系数是指翅片材料导热的性能,高热导率的材料可以提高热量的传导速度和效率。
3.风压损失:风压损失是指在风扇吹风的过程中由于风扇本身的设计或管道布局引起的压力损失。
风压损失越小,换热器的风量越大,换热效果越好。
4.温度差:温度差是指热介质进入和离开换热器之间的温度差。
温度差越大,换热器的效果越好。
四、翅片式风冷换热器的应用1.电子设备散热:翅片式风冷换热器被广泛用于电子设备和计算机中,以帮助散热,防止过热导致设备损坏。
2.汽车冷却系统:翅片式风冷换热器被用于汽车发动机的冷却系统中,以将发动机产生的热量散发。
3.空调系统:翅片式风冷换热器被应用于空调系统中,将室内的热量传递到室外。
4.工业生产过程中的热交换:翅片式风冷换热器被广泛应用于工业生产过程中,如化工、石油和能源行业等,以完成热交换的任务。
综上所述,翅片式风冷换热器作为一种常见的换热设备,在工业领域中有着广泛的应用。
通过合理设计翅片和风扇结构,以及选择合适的材料和管道布局,能够获得较好的换热效果。
因此,在设计翅片式风冷换热器时,需要充分考虑其原理、结构和性能指标,以满足不同领域中的实际应用需求。
散热器翅片长度对散热能力影响的仿真摘要
本文旨在仿真讨论散热器翅片长度对散热能力的影响。
针对不同的翅片长度,本文介绍如何使用COMSOL的模型进行热矩耦合分析,选取恒定温度和定温层两种模式对翅片长度的影响进行模拟,并对求解的结果进行了分析。
结果表明,翅片长度对散热能力具有重要影响。
关键词:散热器;翅片长度;热矩耦合;定温层;COMSOL
1绪论
散热器是用来降低系统内部的温度,以防止过热而损坏有效组件的一种装置。
目前,电子设备的发展日新月异,这对散热性能提出了越来越高的要求。
翅片散热器是一种基于传热原理的散热器,其热散发方式通常为热矩耦合,由于翅片的特殊结构,具有良好的散热性能。
翅片散热器的翅片长度是影响散热性能的一个重要因素,因此研究翅片长度对散热性能的影响有助于改善散热器的散热性能。
COMSOL是多物理场耦合分析的软件,其热矩耦合分析功能可以对翅片长度的影响进行准确的模拟,从而可以对翅片散热器进行有效的优化设计,以满足不同的要求。
2模型建立
本文使用COMSOL建立两种模型用于仿真,分别是恒定温度模型和定温层模型,以下对其进行详细的描述。
(1)恒。
翅片式换热器优化设计的探讨翅片式换热器现在仍然是大部分空调制冷设备常用的换热部件,虽然因为高效能产品需要高效的换热器,但目前为止,还没有比较成熟的高效换热器来取代它。
因此,对翅片式换热器的优化设计在产品设计中就显得尤其重要,通过提高换热效率,不仅能提高产品能效,还可以节省成本和缩小产品体积。
翅片式换热器的研究在空调制冷行业内已经有许多专业人员在做了,无论是通过建立模型计算,还是用计算机模拟,甚至是实验测试,总结和积累了许多宝贵的理论和经验。
换热器的基本计算公式是:Q=KxFxΔtmQ—单位时间通过传热面的传热量,WK—传热系数,W/m2.CF—传热面积,m2Δtm—冷热流体间的平均传热温差,CΔtm=(Δtmax-Δtmin)/ln(Δtmax/Δtmin)Δtmax—换热器两端冷热流体间温差的最大值,CΔtmin--换热器两端冷热流体间温差的最小值,C从上面的公式可以看出,换热器要想获得较大的换热量,只能通过改变上面的三个方面:(1)K,传热系数,它反应了换热的效率,如加强风流的扰动可以提高换热效率;(2)F,传热面积,它反应的换热器结构的大小,如使用内螺纹管,既可以增加换热面积,也可加强制冷剂扰动,提高换热效率;(3)Δtm,传热温差,它反应换热流体之间的温度差异,选用合适的流动方向,使传热温差尽可能大。
这三个参数并不是独立,它们互相作用,并不能只追求单一值的增加,而应该综合考虑,找出各个参数之间的平衡点,这才能使换热器的换热量达到最大值。
首先来分析下对数平均温差的影响,以前设计换热器时,总想用逆流的换热方式,因为理论上这种换热方式的平均温差最大,而顺流时的平均温差最小,其它则介于这两种之间。
首先,这对于无相变的换热来说是正确的,其次,对于比较简单的传导方式如上图所示,也是正确的。
但是,空调制冷产品用的翅片式换热器是一个带有相变的,结构及换热方式也比较复杂的设备,所以不能只单纯应用这一原则,而还要考虑别的因素。
风冷热泵机组翅片换热器研究张恩泉1刘金喜2秦蕊3(珠海格力电器股份有限公司广东珠海519000)摘要:能源问题一直是人们关注的焦点问题,随着人们对热泵的节能和适用性产生新的认识,热泵比电直热方式更节能,传统的“燃料生热”方式将变革为“绿电制热”,双碳战略下必然迎来大发展。
本文则是通过对翅片换热器的不同设计方案进行实验验证,得到翅片换热器设计的换热量及结霜相关现象与结果,为翅片换热器设计及应用提供参考。
关键词:翅片换热器流路结霜Abstract: Energy problem has been the focus of people's attention, with the heat pump energy-saving and applicability of new understanding, heat pump than the direct-heating mode more energy-saving, the traditional way of“Fuel heating” will be changed into“Green electricity heating”. In this paper, different design schemes of fin heat exchanger are verified by experiments, and the related phenomena and results of heat transfer and frosting are obtained, which can provide reference for fin heat exchanger design and application.Keywords: Fin heat exchanger,Flow path,Frosting1 前言近年全球经济快速发展,人民平均生活水平得到极大的提升,对于能源需求也大幅提高,其中采暖、热水、工农业方面的用热需求已占社会总能耗11.6%。
管翅式双流道散热器的数值模拟与结构优化研究散热器是内燃机车冷却系统中的重要组成部分,它安装在内燃机冷却间内,对发动机进行冷却,使发动机温度保持在一定范围之内。
管翅式双流道散热器因其冷却能力强、结构紧凑等特点广泛应用于ND<sub>2</sub>型191号和037号、东风<sub>9</sub>和东风<sub>11</sub>型等机车上。
对减小散热器阻力,加强表面传热与流动以及双流道高低温部分散热面积与散热量合理匹配的研究十分必要。
本文利用CFD仿真计算与试验相结合的方法对机车管翅式双流道散热器的散热性能进行研究。
首先对可靠性高、阻力较低的普通平直翅片形式的管翅式双流道散热器进行数值模拟,得到其流场分布以及传热性能变化规律;随后在普通平直翅片的基础上进行结构优化,在平直翅片上开设百叶窗结构以增强传热系数,计算得到优化后的散热器流场分布以及传热性能变化规律;对优化前后散热器散热特性进行对比分析,结果显示开百叶窗的管翅式双流道散热器相比普通平直翅片形式的管翅式双流道散热器传热系数增大37.28%,阻力增大62.17%;之后对开百叶窗的管翅式双流道散热器高低温部分散热量与散热面积进行了匹配计算,保持散热器总体长度、宽度、百叶窗结构等条件不变,通过改变高低温部分散热片间距来观察高低温部分散热量的变化规律,得出如下结论:高、低温部分散热量、总散热量以及压力损失都随着片间距的增大而减小,片间距增大,高温散热部分散热量占总散热量的比例会略有升高,但变化范围不大。
最后对开百叶窗的管翅式双流道散热器在不同冷却空气入口速度下进行试验,试验结果和仿真结果相比,传热系数和压力损失的最大相对误差分别为7.21%和7.72%,验证了仿真模型与仿真方法的可行性。
基于MATLAB的风冷式翅片管冷凝器的仿真模拟孙建新南晓红(西安建筑科技大学环境市政工程学院西安 710055)摘要:本文利用分布稳态参数法建立了翅片管换热器的数学模型,并用MATLAB语言编制了关于翅片管冷凝器的仿真程序,通过试验数据验证了程序的可靠性,并利用仿真程序分析不同进口风速和冷凝压力下冷凝换热量的变化情况并分析了不同冷凝压力下过冷区的变化。
关键词:翅片管冷凝器分布参数法仿真 MATLAB语言Using MATLAB in Modeling and Simulation of Finned-Tube CondenserSun Jianxin Nan XiaohongAbstract Distributed-parameter method is used to set up a simulation model for a finned-tube condenser. With the help of MATLAB programmable language, the st able state numeric model of the finned-tube is built. Compare the calculated re sults with experimented results show that the model is reliable and it can be u sed analyze the performance of the finned-tube condenser. Using the calculated results analyze the change of heat exchange in the different velocity of air an d condensation pressure. And analyze the change of the length of super-cooling in the different condensation pressure.Key words Finned-Tube condenser, Distributed-parameter method, simula tion, MATLAB programmable language1引言近年来我国国民经济飞速发展,制冷空调业也得到了快速发展。
风冷翅片式热管散热器的性能仿真探究
摘要:本文开展了风冷翅片式热管散热器的模拟仿真分析研究,得到了散热
器内热管、铜板和翅片的温度分布规律,并采用理论分析与有限元分析相结合的
方法,研究了冷冻柜平均温度和制冷量随时间的变化。
关键词:风冷翅片式;热管散热器;性能仿真;
1 风冷翅片式热管散热器概述
风冷翅片式热管散热器概述随着我国工业的飞速发展,大量的低温介质如LNG、液氧、液氮等,广泛应用在石油化工、天然气、航空航天等领域,而制冷
片是储存与输送低温介质的关键设备。
低温介质的危险性对制冷片的安全运行提
出了更高的要求。
制冷片密封填料的稳定性,是保障制冷片长周期运行的关键因
素之一。
半导体制冷片的制冷性能和制冷片冷热两端的温差相关,温差越小,制
冷效率越高。
因此,为了提高半导体制冷片热端的散热能力,本文选择使用热管
散热器,并用数值模拟的方法研究了热管散热器的温度分布并与实验结果对比。
此外,为了研究风冷翅片式热管散热器特性,为此,风冷翅片式热管散热器在设
计时常采用加长阀盖的方式,以保证填料温度高于0℃,同时在阀盖表面安装环
形翅片(翅片式阀盖),不但可以防止冷凝水滴入阀体保冷层,还可以提高填料
温度,减少阀盖长度,从而降低生产成本,弥补低温阀门安装、运输不便等缺点。
在以往的研究中,关于翅片盖温度场的影响分析较少,缺乏较为完善的理论模型。
2 热管散热器
在几何和传热上均对称,因此在仿真过程中,为了减少网格数量,提升计算
效率,只需要对热管散热器的1/4进行仿真,简化后的热管散热器仿真的几何模
型以及热源条件如图1(b)所示。
本文在仿真模型参数选取过程中,参考了前期
已获取的实验研究数据。
按照热管散热器的工作状态,针对图1中的仿真模型设
定了边界条件,主要包括两个进口,一个出口以及两个对称面;进口条件设定为
压力进口,出口条件设定为出风风扇,并且在Fluent中设定线性风扇曲线,设
定的风扇模型与实验中的风扇特性曲线基本保持一致。
在本文的仿真研究中,湍流模型采用了FLUENT中的SSTk-ω湍流模型。
分别给定热管蒸发段,绝热段以及冷凝段不同的等效导热系数,将其简化为单相导热过程。
由于热管蒸发段与冷凝段均为相变传热,因此它们的等效导热系数普遍取值相对较大,为16 kW.m-1.K-1;绝热段不参与换热,仅为气液相传热工质的流过程,因此其等效导热系数取值相对较小,取值为10 kW.m-1.K-1。
(a)整体外观示意图
(b)仿真部分示意图
图 1 热管散热器及流体域仿真模型
3 仿真结果与讨论
3.1 热管散热器数值仿真
在热管散热器的仿真研究中计算了热管散热器的铜板温度、热管温度以及末端散热翅片温度,并通过对监测点仿真结果与实验中的测量结果相比较,来检验热管传热模型以及热管散热器散热模型的准确性。
图2为热管散热器的温度分布示意图。
从图中可以看出,热管散热器的温度范围为27.7 ℃~43.3 ℃,最高点温度与最低点温度存在着15.6 ℃的温差,整体温差较大。
图2(a)为热管散热
器铜板的温度分布示意图。
从图中可以看出,铜板的温度范围为
40.7 ℃~43.3 ℃,温度最高点与最低点存在着2.6 ℃的温差,铜板的均温性较好。
同时还可以看出,铜板的中心,尤其是热源位置温度较高,而四周的温度较低,这是因为中心位置直接与热源位置重合,而热量在向铜板四周扩散的时候,大部分热量已经通过热管进行散热。
图2(b)为热管的温度分布示意图。
可以看出热管的温度范围为29.5 ℃~42.6 ℃,最大温差为13.1 ℃,热管整体的温差较大。
绝热段的温差最大,这是因为在仿真研究中,热管绝热段的等效导热系数较小,因此传热热阻较大。
同时还可以看出,位于热管散热器中间位置的热管的整体温度较高,两侧的热管的整体温度较低,这是因为中心位置的热管散热量较大,这与热源的布置位置,即半导体制冷片的布置位置有关。
(a浅黄色)铜板温度(b黄色)热管温度(c绿色)翅片温度
图 2 热管散热器温度分布
3.2 冷冻柜系统仿真
热管散热器仿真模型中,铜板底部的热流密度可以通过半导体片和冷柜的耦合模型来获取。
通过将半导体冷冻柜的系统仿真模型和热管散热器的数值仿真模型相结合,可以分析不同工作电流条件下热管散热器的散热特性。
图3展示了半导体冷冻柜柜内空气平均温度Tave随时间变化的仿真与实验结果对比。
从图中实验曲线可以看出,半导体冷冻柜柜内温度的降低速率较快,运行120分钟后Tave降低至-18.0 ℃以下,最终Tave稳定在-19.3 ℃。
而在仿真结果中,冷冻柜运行75分钟后Tave降低至-18.0 ℃以下,最终Tave稳定在-20.8 ℃,跟实验结果相比Tave相差1.5 ℃;总体来说,仿真结果和实验结果吻合较好。
图4展示了半导体冷冻柜运行时半导体制冷模块的制冷量Qc随时间变化的仿真结果。
从图中可以看出,当半导体冷冻柜刚开始运行时,由于冷冻柜内外温差较小,半导体制冷模块冷热端的温差也较小,因此这个时候制冷量较大,可以达到77.7 W。
而随着半导体冷冻柜的运行,柜内温度逐渐降低,冷柜内外温差增大,因此半导体制冷模块冷热端温差也逐渐增大,导致Qc逐渐减小。
当半导体冷冻柜柜内温度达到稳定后,半导体制冷模块的制冷量也趋于稳定,为61.9 W,此时对应的实验中半导体冷冻柜柜内温度稳定时制冷量为57.6W,仿真结果的相对误差为7.5%。
图 3冷冻柜T ave随时间变化的仿真与实验结果对比
图 4半导体冷冻柜Qc随时间变化的仿真结果
结论
本文通过CFD数值模拟方法研究热管散热器应用于半导体冷柜的温度分布,并将仿真结果和实验数据进行了对比。
此外,还通过建立半导体冷冻柜制冷系统
动态仿真模型研究了冷冻柜平均温度和制冷量随时间的变化。
由模拟和实验的结果分析得到以下结论:(1)通过等效导热系数方法简化的热管散热器的数值仿真模型能够准确地模拟出热管散热器的散热特性。
(2)热管散热器铜板的整体温差最小,热管的整体温差最大,且由于半导体片安装在中间,使铜板中间温度比四周更高,嵌入中间铜板的热管温度更高和靠近热源和中部的翅片温度更高。
(3)基于两级半导体制冷模块的计算模型和半导体冷冻柜柜体的传热模型耦合而成的半导体冷冻柜的动态仿真模型能准确描述半导体冷冻柜的动态特性。
参考文献:
[1] 金滔,夏雨亮,洪剑平,等.风冷翅片式热管散热器的性能仿真探究[J]. 低温工程,2007(04):135-138.
[2] 吴堂荣,唐勇,孙晔,等.风冷翅片式热管散热器的性能仿真设计研究[J]. 船舶工程,2010,32(s2):173-178.
[3] 明友,陈凤宫,等.基于风冷翅片式热管散热器的性能传热学分析 [J]. 低温与超导,2013,41(11):128-131.。