翅片管式换热器传热与流场流动特性的数值模拟

紧凑型设计5mm翅片管式换热器的数值模拟目前5mm管径的翅片片距通常处于1.2mm～1.3mm之间，通过紧凑式设计加工方法可以使其片距减少至0.8mm～1.0mm。

本文我们将主要从理论分析、三维建模以及Fluent计算来进行分析对比翅片片距的减少对换热能力和空气压损两个方面的影响。

1、引言空调产品的外形尺寸往往影响着成本、空间占有率和用户的满意度，因此紧凑式换热器设计成为趋势，将空调的关键零部件的外形尺寸和重量作为一个对标参数进行研究优化，减小外形体积和重量，改善产品的空间占有率，降低综合成本。

（1）结构设计能诱使流体产生湍流流动以获得较高传热系数；（2）阻止污垢形成使污垢系数较小；（3）流程设计使冷、热流体间温差推动力达到最大值。

换热面积是表征换热器性能的一个最基本的特征，在相同的换热量和阻力要求下，换热面积越小，表明该换热器的性能越佳。

因此，以换热面积最小为目标函数，以换热器的外形尺寸为优化参数对换热器进行优化。

而翅片间距是控制换热面积一个关键因素，在选择具有合理翅化比的换热器的翅片间距时还需考虑经济性和紧凑度等方面的因素。

在高效紧凑和流动阻力的增加之间达到最优的效果，必须寻求最优的结构参数。

受翅片效率和翅化比的约束，管间距的调整范围有限，翅片的片距成为主要的调节。

2、理论分析对于翅片管式换热器而言，空气侧的传热热阻较液体侧大，所以选择强化空气侧传热，加强翅片的对流换热以提高换热性能。

根据换热器计算过程，空气侧的迎风面积和表面传热系数对总传热系数的影响起主要作用，如公式（1）所示：强化翅片传热，除了要考虑到翅片强化对流传热机理的不同，还要考虑到空气的流态，Re决定了空气是层流或湍流。

（1）层流流动时，流体速度和温度曾抛物线分布，从流体核心到壁面都存在速度和温度梯度。

（2）湍流流动时，流体核心的速度场和温度场均比较均匀，对流换热的热阻主要出现在贴近壁面的流体粘性底层中，因此采取的对流换热强化措施是破坏边界层，即增加对边界层的扰动以减薄边界层的厚度，增强换热能力。

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。

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。

论文振动翅片管流动与换热的介观数值模拟研究振动翅片管是一种常见的换热器件，其通过管道内的振动翅片来增强热传导和流动混合，从而提高换热性能。

介数模拟是一种有效的研究振动翅片管流动与换热的方法之一。

以下是对振动翅片管流动与换热的介数模拟研究的分析：1. 几何建模和网格划分：首先，需要对振动翅片管的几何形状进行建模，包括翅片的结构和管道的几何参数。

根据研究需求，可以选择二维或三维模型。

然后，将领域分割为网格单元，通常使用结构化网格或非结构化网格，以适应复杂的几何形状和流场。

2. 运动方程模拟：为了研究振动翅片管的流动特性，需要在数值模拟中考虑流体的流动运动。

通过求解流体力学中的Navier-Stokes方程，可以模拟流场的速度、压力和温度的变化。

针对振动翅片管，需要考虑流体的不可压缩性和翅片的良好运动模拟。

3. 振动翅片模拟：振动翅片的运动是振动翅片管换热性能的关键因素之一。

可以通过振动翅片上加入适当的振动力，或根据实验数据模拟振动模式。

同时，应考虑翅片在流动中产生的阻尼效应，如流体-结构相互作用（FSI）等。

4. 换热模拟：振动翅片管主要应用于换热领域，在模拟中需要考虑热传导、对流和辐射等换热机制。

根据流体的温度分布和翅片表面的换热特性，可以计算出管道内部和外部的换热效率和温度场分布。

5. 结果分析与优化设计：通过数值模拟，可以获得振动翅片管流动与换热的参数和特性。

通过分析和比较不同工况和翅片设计的结果，可以评估翅片形状、振动频率和幅度等参数对换热性能的影响，并进行优化设计。

需要注意的是，数值模拟只是对振动翅片管流动与换热的近似预测，具体的结果仍需与实验数据进行验证和修正。

此外，模拟过程中还需要合理选取边界条件、流体模型和模。

翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟陈彪;余敏;龙时丹;王晓阳【期刊名称】《上海理工大学学报》【年(卷),期】2014(000)004【摘要】Theperformanceofflowandheattransferofthreekindsoffinandtubeheatexcha ngers including plane fin,average pitch wave-fin and increasing pitch wave-fin heat exchangers were numerically simulated with CFD software,and the distributions of temperature,pressure and velocity on each central plane of fluid region were obtained.In addition,the mean surface heat transfer coefficient and resistance coefficientoffinweremeasuredunderdifferentwindvelocity.Thenumericalresu ltswereprovedtobe correct by the available experimental data.The study indicates that Nu number of the increasing pitch wave-fin is13.8%~29.3%higher than the plane fin,and 5.5%~10.3%higher than the average pitch wave-fin,thus achieving remarkable heat transfer enhancement.%借助CFD软件对3种不同类型的翅片管式换热器（平直翅片、均匀波纹翅片和倾角渐增波纹翅片）的流动传热性能进行了三维数值模拟计算，得出了在不同入口风速下各流域中心面的温度场、压力场和速度场分布图，计算出各翅片表面在不同风速下的平均传热系数和阻力系数，并与相关实验数据对比，证明该数值模拟的正确性．研究结果表明，倾角渐增波纹翅片的平均努谢尔数比平直翅片的高13．8％～29．3％，比均匀波纹翅片的高5．5％～10．3％，其强化传热效果显著．【总页数】5页(P307-311)【作者】陈彪;余敏;龙时丹;王晓阳【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093;上海法维莱交通车辆有限公司，上海 201906;上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TK121【相关文献】1.波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟 [J], 曹先慧;马贵阳;王雷;姚尧;高艳波;莫海元;刘金彪2.倾角渐增波纹翅片管换热器空气侧流动与换热特性的数值模拟 [J], 张晓霞;周俊杰3.双开缝翅片空气侧换热和流动特性的数值模拟 [J], 魏双;郑传祥;何建龙;冯苗根4.圆管平板-波纹翅片管换热器空气侧流动换热特性的数值模拟 [J], 周俊杰;刘利武;魏新利;王定标5.百叶窗翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟 [J], 闫立林;周俊杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。