非对称翅片管换热器最佳管中心位置的数值分析

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。

管翅式换热器性能及结构综合优化的热设计方法陈维汉周飚华中科技大学能源与动力工程学院摘要：本文给出一种由翅片<或肋片）管组成的管翅式换热器的优化设计新方法。

该方法的理论依据是给定换热器结构材料而使的换热量最大的两侧换热表面的最佳匹配准则和两侧流体流动换热过程最佳的结构尺寸准则，以及使可用能损失率最小的最佳运行参数准则。

利用三个准则间的关系，采用迭代方式完最终成换热器的优化设计。

这样的设计方法能使换热器的设计达到材料省、换热效果好与运行费用低的目的，且能在设计阶段实现。

关键词：管翅式换热器、换热表面间的最佳匹配准则、换热过程最佳结构参数准则、换热过程可用能损失率分析、考虑综合性能的优化设计法图书分类号：TK1241 引言管翅式换热器是广泛应用的热交换设备之一。

它常常应用在两侧流体的换热性能相差甚大的情况下，通常是以管外侧安装翅化表面来减小换热性能较差流体的换热热阻，而换热性能较好的流体在管内流动仍然保持较小的换热热阻，从而达到整体增强换热器传热效果的目的。

对于这样的换热器，如何去设计和运行是摆在工程技术人员面前的首要问题。

对于换热表面的设计，传统的做法是力求使两侧的换热热阻相同以获得最大的传热效果，这是等热阻匹配原则[1]。

这种认识如果从投资成本上来考虑，就是十分不可取的办法。

本文作者曾针对这一问题进行过专门的分析，导出了在给定投资费用<或换热面材料）的前提下两侧换热表面的最佳匹配关系式，即换热面积之比与其换热性能比和投资费用比之间的平方根关系式，这是平方根原则[2]。

按这种原则设计换热面就能达到单位传热量的投资成本最低，从而实现结构设计的优化。

同时，换热器设计的另一个问题是流动参数的设计。

传统的做法是以不超过允许的阻力损失为最后标准来选取流动参数。

这种做法人为因素的影响很大。

正确的办法是以单位传热量可用能损失率最小为目标来寻求流动参数的最佳值[3]。

这样就能实现单位传热量的运行费用最低，从而使流动参数的设计得以优化。

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。

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。

翅片换热器传热系数ABRAHAM LAPIN and W. FRED SCHURIGI Polytechnic Institute of Brooklyn, Brooklyn 1, N. Y.许多方程来源于实验数据，同时提出了有交叉流动的热交换器的设计。

对关于换热器行数的总传热影响,进行了图示作为参考.翅片管在热交换器中的使用有了迅速增长。

当内部传热系数比外面的系数极大时,它经常被实际增加一定数量的外表面来为低外系数进行补偿。

许多研究人员都对翅片管的传热进行研究。

因为对可能的翅片类型的安排有非常大的数量,大多数研究都局限于特定条件。

实验设备与程序设备金属板材风管横截面为 30x12 3/4 英寸。

上部是固定的,但较低的部分,可提高或降低容纳一个可变数目的排。

这下部分(进口)进行拟合有5英寸空气校正叶片可助均匀分布的空气线圈。

传热表面(台风的空气调节股份有限公司)。

每个单元有八个翅片管manifolded 在一起以并行方式进行。

5 / 8英寸 0.dx0.025英寸铜管11/2英寸 0.dx0.018英寸轧花8每英寸,30英寸翅翅片长度Ao/Ai=16.30,Ao=2.44平方英尺翅片管直径= 2.41.248平方英尺,空气流面积最小这些铝管的用途,则被关在一个长方形的30×12 3/4英寸的帧。

一个3/4设备橡胶障板安放在沿一侧的框架。

翅片管相邻本遮光罩一个侧和框架本身上另一边。

该框架结构允许一个交错管的安排通过简单地转弯连续排对单位180度的另一个。

一台吹风机提供空气供给在逆流而上空调管道内结束。

测量 水流量用校准过的转子流量计。

空气流量是用一个托马斯米测量,其中包括四个帧开口用1.134 镍铬合金 欧姆/英尺,有一个总电阻每一个约25欧姆。

流动的空气用仪表测量通过一系列的圆盘和圆环折流板顺流混合。

温度进行了测量精确温度计刻度为0.1 C 。

每一个温度计的位置了经过精心挑选的,确保读出正确的总体温度。

翅片管换热器：翅片管热交换器设计计算翅片管换热器翅片管换热器:翅片管热交换器设计计算翅片管换热器话题:翅片管换热器计算方法热交换器第四章翅片管热交换器设计计算第四章翅片管热交换器设计计算翅片管热交换器是一种带翅(亦称带肋)的管式热交换器，它可以有壳体也可以没有。

翅片管热交换器在动力、化工、制冷等工业中有广泛的应用。

随着工业的发展，工业缺水以及工业用水的环境污染问题日益突出，空气冷却器的应用更引起人们的重视，致使在许多化工厂中有!”#以上冷却负荷都由空冷器负担。

与此同时，传热强化方面研究的进展，使得低肋螺纹管及微细肋管等在蒸发、冷凝方面的相变换热得到广泛应用。

第一节构造和工作原理翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取暖用翅片管散热器;也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式的热交换器。

翅片管是翅片管热交换器中主要换热元件，翅片管由基管和翅片组合而成，基管通常为圆管(图$%()，也有扁平管(图$%&amp;(())和椭圆管。

管内、外流体&amp;’)通过管壁及翅片进行热交换，由于翅片扩大了传热面积，使换热得以改善。

翅片类型多种多样，翅片可以各自加在每根单管上(图$%()，也可以同时与数根管&amp;’)子相连接(图$%(及()))。

&amp;()空冷器是一种常见的翅片管热交换器，它以空气作为冷却介质。

其组成部分包括管束、风机和构架等(图$%*)。

管束是空冷器中主要部分，它由翅片管、管箱和框架组成，是一个独立的结构—*,+—第三篇高效间壁式热交换器设计计算型式长度%宽度”管排数换热面积工作压力翅片管型式管程数法兰型式#&amp;(#*+!,型管束即:——水平式管束，长、宽各名义尺寸分别为(-和$-，翅片表面积和光’—!管排，——绕片式翅片管，管表面分别为$)&amp;)-&amp;和#&amp;(-&amp;，压力等级为#*%#).’,，+———&amp;管程，——法兰密封面为平面型。

2021年8月Aug.2021第45卷第4期Vol.45,No.4热带农业工程TROPICAL AGRICULTURAL ENCINEERING翅片管式换热器换热性能研究①宋建②蔡家斌③熊贤沙李家春（贵州大学机械工程学院贵州贵阳550025）摘要为研究翅片管式换热器换热性能的影响因素，以阻力系数和换热因子作为目标函数，基于CFD 技术建立翅片管换热器模型，对不同结构的翅片管换热器进行数值模拟分析。

结果表明，翅片间距和翅片波纹高度对换热性能有较大影响，适当减小翅片间距和增大翅片波纹高度有助于提升换热器换热性能，翅片管纵间距对换热性能影响较小。

关键词翅片管换热器；数值模拟；翅片结构；换热性能中图分类号TK172Research on Heat Exchange Performance of Fin-Tube Heat ExchangerSONG JianCAI JiabinXIONG XianshaLI Jiachun(School of Mechanical Engineering,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025)Abstract In order to study the influence of the structure of the fin-tube heat exchanger on the heat transfer performance,the resistance coefficient and heat transfer factor were used as the objective function to estab ‐lish the fin-tube heat exchanger model based on CFD technology,and analyzed the model by numerical sim ‐ulation;The numerical simulation results showed that the distance between of fins and the corrugation height have great influence on the heat transfer performance.The heat transfer performance of the heat ex ‐changer can be improved by reducing the distance between the fins and increasing the ripple height.The Longitudinal distance of the Tube has little effect on the heat transfer performance.Keywords fin-tube heat exchanger ;numerical simulation ;fin structure ;heat transfer performance空气源热泵技术常用于农作物干燥，建筑供暖等领域，翅片管换热器作为热泵系统重要的一部分，对其进行研究有助于提高系统节能效益。

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。

翅片管换热器结构参数计算
首先，翅片间距的计算是根据换热介质和传热需求来确定的。

一般来说，翅片间距的选择应尽量保证翅片之间有足够的空隙，以便换热介质能
够顺利地通过，并利于换热。

此外，翅片间距还会影响到换热介质的压降，因此需要对流体力学条件进行分析计算。

其次，翅片高度和翅片厚度的计算是为了满足换热面积的要求和换热
效果的提高。

换热面积的大小直接影响到换热器的换热能力，而翅片高度
和翅片厚度则决定了翅片的传热性能和强度。

翅片高度和翅片厚度需要根
据实际情况进行优化选择，以实现换热效果的最优化。

管道间距的计算是为了确保管道之间有足够的空间，使换热介质在管
道之间顺利流动，并能够满足相应的安装和维修要求。

一般来说，管道间
距的选择应根据实际布置和空间限制等因素进行考虑，以达到最佳的布局
效果。

管道直径的计算是为了确保换热介质能够顺利地通过管道，并且满足
一定的流动速度和流量要求。

管道直径的选择需要综合考虑换热介质的性质、管道的安装和维修要求以及经济性等因素。

除了以上结构参数的计算，还需要对翅片管换热器的其他参数进行综
合计算和优化设计。

例如，换热器的换热系数、热媒流体的流速和流量、
换热器的压降和温度分布等都需要进行综合计算，以满足换热要求和经济
性的要求。

总的来说，翅片管换热器的结构参数的计算是一个复杂而综合的过程，需要综合考虑换热介质的性质、换热要求、设备安装和维修要求以及经济
性等因素进行设计和优化。

这样才能够实现换热器的高效运行和优异性能。