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板翅式换热器翅片通道流场的数值模拟及结构改进板翅式换热器是一种广泛应用于工业生产和能源领域的换热设备。
在翅片通道内的流场特性对换热器的传热效果至关重要。
本文通过数值模拟对板翅式换热器翅片通道流场进行分析，探讨结构改进的可能性。
首先，我们需要了解板翅式换热器的基本结构。
它由一系列平行排列的金属板和连接层以及纵向穿插的翅片组成。
翅片的作用是增加换热表面积，提高换热效率。
在换热器工作时，热介质通过翅片通道流动，与金属板接触，实现热量的传递。
数值模拟是近年来广泛应用于研究流场特性的方法。
我们可以利用计算流体力学（CFD）软件，如FLUENT，建立一个板翅式换热器翅片通道的三维数学模型。
通过选择合适的边界条件和材料参数，可以在计算域中模拟出流场的内部流动情况。
在模拟过程中，我们将关注流场的速度和压力分布，以及湍流和热传递等相关参数。
通过数值模拟，我们可以定量地评估不同结构参数对流场特性和换热效果的影响。
例如，我们可以改变翅片的高度、间距和形状等参数，观察其对流动阻力和传热情况的影响。
通过数值模拟，我们可以发现板翅式换热器翅片通道中存在的一些问题。
首先，由于翅片的存在，流场在通道中会产生较强的湍流。
这会增加流动阻力，使能量损失增大。
其次，由于翅片间距较小，流体在通道中的流动速度不均匀，导致换热效果下降。
为了改善这些问题，我们可以进行结构改进。
一种可行的方法是通过改变翅片间距和形状，优化流场的分布。
例如，增加翅片间距可以减少流动阻力，降低能量损失。
同时，采用特殊形状的翅片，如波纹翅片或扇形翅片，可以改善流场的均匀性，提高传热效率。
另外，我们还可以借鉴其他领域的结构设计思路，如生物学中的生物翅片结构。
这些结构在自然界中已经得到了优化，具有较好的流场特性和传热性能。
我们可以通过数值模拟和仿生学方法，将这些优化结构引入到板翅式换热器中，进一步改善其性能。
综上所述，本文通过数值模拟分析了板翅式换热器翅片通道的流场特性，并探讨了结构改进的可能性。
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。
板翅式换热器热力学特性的数值模拟和试验研究铝制板翅式换热器以自身结构紧凑、体积小和经济性好等突出的优点,在航空航天、制冷空调、空气分离等领域得到越来越广泛的应用。
翅片的类型、结构尺寸以及内部流动特性是影响换热器性能的重要因素,而锯齿形翅片在板翅式换热器的应用中占有重要的地位,因此针对其内部的传热和流动特性的研究显的尤为重要。
近年来国内外提出通过计算流体力学(CFD)模拟分析方法来优化其几何结构参数。
通过CFD方法,在获得直观、快捷的同时大幅度地减少了试验研究工作量,并且可以清楚地了解翅片内部流场和温度场,以及压力、温度、速度等热力学参数的分布和变化情况,进而实现换热器设计方案的优化和改进。
有关学者在这方面也作了一定的研究。
由于换热器内部的结构非常复杂,并且换热器内的翅片、隔板及冷热流体之间是一个相互耦合传热的问题,隔板温度和翅片表面温度并不是一个定值,而是沿着冷热流体流动方向和翅片高度方向存在着温度梯度,这一影响因素在以前的研究中都未加以考虑。
为进一步优化高效换热器的结构参数和设计方案,本文在前人的试验和理论研究基础上,以铝制板翅式换热器中常用的锯齿形翅片为研究对象,采用计算流体力学(CFD)方法对板翅式换热器内部的耦合传热特性进行了三维数值模拟,并且通过试验加以验证。
在此基础上,分别分析了锯齿形翅片的翅片高度、翅片厚度和翅片间距对其传热和流动特性的影响。
板翅式换热器翅片性能数值模拟及其优化摘要：为提升板翅式换热器的综合性能，采用数值模拟方法，探究翅片结构参数对板翅式换热器翅片的流动传热特性的影响。
结果表明，减小翅片长度可以增强板翅式换热器的换热效果，但同时也会增加换热器的阻力，因此要根据实际情况进行综合考虑；在研究范围内，翅片长度在l=5m时，翅片的JF因子最高，综合性能最好；模拟结果在v=5m/s的综合换热效果是最好的，说明在低雷诺数的情况下换热性能要优于高雷诺数的条件。
研究结果可以为板翅式换热器错位翅片的优化设计提供理论指导。
关键词：板翅式换热器；错位翅片；换热性能； JF因子1引言板翅式换热器广泛应用于空分、航天、化工等领域，得益于其传热效率高、紧凑轻巧、适应性强等优点，可在200℃到接近绝对零度的温度区间内工作。
科技工业的发展，对板翅式换热器的综合性能有了更高的要求，主要体现在板式换热器的翅片上，其结构尺寸对换热器的性能影响较大，因此研究翅片结构如何影响板翅式换热器就有重要的应用价值。
本文来源于高温空气换热的实际工程背景，以板翅换热器错位翅片为研究对象，对翅片取不同长度进行建模，利用数值模拟方法，研究错位翅片通道内流场的换热特性，分析结构参数对其换热性能的影响，以JF因子最大为优化目标，对错位翅片结构进行优化研究。
2几何结构及计算模型2.1物理模型及边界条件图1为计算物理模型，其中翅片参数包括翅片高度h、翅片间距s、翅片长度l、翅片厚度t、模型长度L。
为了使流体在翅片入口前端处于充分发展状态，进口段延长了20mm；为了避免出口出现回流现象，出口段延长了50mm。
由于翅片入口前端流体分配均匀，入口边界条件设为速度入口，入口温度为313K。
由于在翅片结构的进出口处添加了延长段，为了维持通道内的雷诺数不变，需要将延长段入口速度进行换算，计算方法如下：本文中当量直径定义为：式中——流体流通截面的面积，m2；——流体流通截面的湿周，m。
出口为了防止回流现象，设为压力出口；上下隔板表面边界条件设为定壁温(443K)；侧面设定为对称边界条件，板翅材料为铝，通道流体为空气。
小型平板式环路热管的实验研究及蒸发器内部介观模拟环路热管(Loop Heat Pipe, LHP)是一种利用工质相变传递热量的高效被动散热装置,具有传热能力强、传热热阻低、传输距离长、等温性好、无运动部件等优点,在高热流密度电子器件散热和航天器热控等方面具有广阔的应用前景。
本文首先介绍LHP的工作原理与工作特性,并分析蒸发器内的传热过程,阐述“背向导热”和“侧壁导热”造成的热漏对系统运行的影响。
为了减少“侧壁导热”对系统性能的影响,将蒸发器从原来的O型圈密封改变为焊接密封,系统的运行性能得到提高。
实验结果表明,在蒸发器壁面温度不超过85℃的条件下,系统最大运行热负荷从140W提高到240W。
为了降低“侧壁导热”和改善系统的启动性能,本文提出一种新型的双毛细芯蒸发器LHP系统。
基于此,设计蒸发器分别采用O型圈和焊接密封的两套实验系统,研究不同充灌率、热沉温度、工质和重力辅助倾角下的运行特征,并对系统的温度波动现象进行机理分析。
实验结果表明,双毛细芯蒸发器LHP系统能在10W的低热负荷下成功启动,运行中充灌率对系统运行模式的转变有着重要影响。
在重力辅助作用下,存在重力控制和毛细控制两种运行模式。
此外,在双毛细芯LHP系统的实验中还得到不同于以往系统的温度分布趋势。
通过实验分析得出,蒸发器背面毛细芯对系统运行的影响与加载的热负荷大小以及热负荷的加载方式有关。
为了解决多热源的散热问题,本文还设计和研制出一套并联式双蒸发器LHP系统,对其启动、变热负荷以及热分享等性能进行实验研究。
系统在两个蒸发器均施加热负荷的工况下,都能启动成功,并能在低热负荷下由波动运行转变为平稳运行。
高低热负荷搭配启动运行也展现出并联双蒸发器LHP系统的优势。
增加系统的充灌率,能够改善系统的启动性能。
系统内回流液的流向影响着系统的热分享性能。
本文通过实验烧结出具有高孔隙率和高渗透率的双孔径毛细芯,应用于LHP实验系统展现出良好的工作性能。
翅片换热器的数值模拟与结构优化李健1，焦凯1，张恒2，陆建3（1.常州大学机械工程学院，江苏常州213164；2.常州市金坛区检测检验中心，江苏常州213200；3.常州贺斯特科技股份有限公司，江苏常州213127）来稿日期：2019-02-07基金项目：江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目资助（BY2014037-24）作者简介：李健，（1963-），男，江苏常州人，硕士研究生，副教授，主要研究方向：特种装备技术1引言随着工业规模极速发展，大型设备功率增加，产生的热量也随之急剧增加，这使得换热器的热设计工作面临严峻的挑战[1]。
国内外学者针对换热器换热量的研究越来越多，提出了很多提高翅片管换热器性能的方法，并进行了数值模拟分析。
其中最具特点的波纹翅片换热器通过改变翅片结构，不仅显著增加了换热面积，还改变了空气流动方向，使换热器整体散热能力大幅度提高[2-3]，国内部分厂家还生产了具有内螺纹槽结构的换热器，通过改变铜管内部结构，使流体产生紊流[4]，增加换热量。
但在换热效果增强的同时，因结构设计导致的泄漏问题较为严重，新型换热设备的研发已迫在眉睫。
利用Icepak 仿真软件对波纹翅片换热器进行三维数值模拟，获得与原内槽式换热器换热量最为接近的结构。
最终通过试验，对新旧换热器进行全方面的抗性对比，验证方案的可行性，以此解决舰船换热器因结构设计而造成的漏水漏氟问题。
2结构失效分析2.1铜管结构金相分析通过解剖检验，该舰船上使用的的铜管系列内表面均带螺旋槽，导热性能要比光管提高（20~30）%[5]，通过对某舰船换热器管道的解剖检验，取3处样品，发现图1所示的3号管典型的内生缺陷最为严重。
同时还发现在弯管处迎水流方向的内壁部位腐蚀严重，发生多处折叠现象。
由于管道内介质流速达1.5m/s ，长期高速冲刷管道内壁，造成管道内壁槽根处发生应力集中，造成冲刷腐蚀，形成了许多折叠现象，蚀坑受介质冲击力最大处逐渐向外扩展，进而形成大面积的溃疡，导致管壁减薄，甚至洞穿。
平翅⽚换热器管外流动与传热特性的数值模拟平翅⽚换热器管外流动与传热特性的数值模拟摘要:本⽂利⽤CFD软件FLUENT对平翅⽚换热器翅⽚表⾯流体流动及换热过程进⾏了数值模拟，获得了换热器内部流场、温度场以及换热器进出⼝压降和翅⽚表⾯平均对流换热系数等。
根据模拟结果，翅⽚表⾯对流换热系数随风速增加⽽增加，但增加速率逐渐下降；换热器进出⼝压降随着风速的增加⽽增加，且其增加速度逐渐加快。
利⽤场协同原理进⼀步分析对流传热，发现流速增⼤带来换热量增⼤的根本原因是风量的增加；速度的增加反⽽导致对流换热过程平均场协同⾓度增⼤，使速度场和温度场的协同性变差。
关键词: 平翅⽚；换热器；数值模拟；场协同原理Flat finned tube heat exchanger outside the numerical simulation of flow and heat transfer characteristicsAbstract: This paper, by using CFD software FLUENT to flat fin heat exchanger fin surface fluid flow and heat transfer process in the numerical simulation of the internal flow field, temperature field and heat exchanger heat exchanger in the import and export pressure drop and the average convective heat transfer coefficient of finned surface, etc.According to the simulation results, the fin surface convective heat transfer coefficient increases with the increase of wind speed, but the increase rate gradually decreases;Heat exchanger in the import and export pressure drop increases with the increase of wind speed, and increases its speed was accelerated.Convection heat transfer, using the field synergy principle further analysis found that the velocity increases with increase in heat is the root cause of the increase of air volume;Increased speed cause the average field synergy Angle increase in the convective heat transfer process, make the velocity field and temperature field of collaborative variation.Key words: flat fin; heat exchanger; numerical simulation; field synergy principle0 引⾔随着计算机技术的不断发展和进步，中央处理器(CPU)的运算速度⼤⼤地提⾼。
微型节流制冷器用翅片管换热器的数值模拟研究肖日仕;陈晓屏【摘要】Miniature Joule-Thomson cryocoolers have been widely used for rapid cooling of infrared detectors,cryo-surgery probes,thermal cameras,and missile guidance homing systems,due to their special features of simple configura-tion,compact structure and rapid cooldown characteristics.The thermodynamic performance of the J-T refrigerator depends upon the hydraulic and heat transfer characteristics of the recuperative heat exchanger.database is used to account for the real gas effects.The thermodynamic characteristics of the finned-tube Heat Exchanger are well revealed,based on this,the optimization analysis of miniature J-T cryocooler is carried out.The influences of mass flow rate and the length of heat exchanger on the effectiveness of heat exchanger and the ideal cooling capacity are discussed in details.%微型节流制冷器因其快速冷却、结构简单紧凑而被广泛的应用在红外探测器、超导量子干涉器件、热像仪等器件的冷却.微型节流制冷器性能的好坏则取决于翅片管换热器内的流动特性与传热特性.通过数值模拟对翅片管换热器的热力学性能进行研究,数值模拟结果很好的揭示了翅片管换热器内的热力学特性.在此基础上,对微型节流制冷器进行了优化分析,结果表明了质量流量和换热器长度对换热器效率及制冷器理论制冷量的影响.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2018(024)001【总页数】7页(P41-47)【关键词】微型节流制冷器;翅片管换热器;数值模型;效能-传热单元数法【作者】肖日仕;陈晓屏【作者单位】昆明物理研究所,昆明650223;昆明物理研究所,昆明650223【正文语种】中文【中图分类】TB650 引言微型节流制冷器因其快速冷却、结构简单紧凑被广泛的应用在红外探测器、超导量子干涉器件、热像仪等器件的冷却中[1-2]，一个典型的微型节流制冷器由翅片管换热器、节流阀、蒸发器以及起支撑作用的芯轴等部件组成。
