水-空气翅片管换热器实验研究与数值模拟
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翅片管换热器空气侧换热及压降的性能分析作者:蒋治民谷波来源:《建筑建材装饰》2015年第03期摘要:对波纹翅片管及百叶窗翅片管两种换热器在析湿工况下空气侧的换热压降特性进行了试验研究,分析了不同温度进水工况条件对波纹翅片和百叶窗翅片管换热量、空气侧换热因子和摩擦因子的影响。
结果表明:随着入口水温的增加,两种翅片空气侧的换热因子都增加,两者相差比较小,变化趋势一致;随着入口水温的增加,两种翅片空气侧的摩擦因子都降低,变化趋势一致;当入口水温相同时,两种翅片空气侧的换热因子都随着管内流体雷诺数Re的降低而增加,而摩擦因子都随着管内流体雷诺数的降低而降低。
关键词:翅片管换热器;空气侧;换热系数;压降;进水温度前言翅片管式换热器被广泛应用于空调、制冷及化工领域。
当翅片管式换热器的表面温度低于流通空气的露点温度时,翅片表面会产生结露,产生冷凝水,此现象称之为析湿。
在析湿条件下翅片换热特征要比干工况复杂许多,空气状态变化既有热量的传递又牵涉到传质的变化,对于此类问题的研究大多是先从试验找现象,再去理论研究翅片表面的热质交换。
翅片管式换热器空气侧换热的研究对改进翅片的结构形式、推出更加紧凑、节能及节材型换热器,提高换热器的换热效率,有重要的研究意义。
目前国内外关于翅片管式换热器空气侧特性的研究主要有Wang et al 研究了波纹高度对波纹翅片管换热器空气侧特性的影响,总结了百叶窗式换热器的通用换热和压降关联式;李斌等得到了正弦波纹翅片管束在析湿条件下的换热和阻力特性,得出了空气侧的换热和阻力关联式;马小魁、张圆明、丁国良的研究着重于亲水层对换热器性能影响的研究;高晶丹等分析了翅片间距、进口空气相对湿度等因素对空气侧换热性能的影响。
换热器空气侧特性研究主要都是集中在空气特性变化对其的影响,而管内进水温度变化对翅片管换热器的影响没有过多的介绍及研究,并没有展开过详细系统的研究。
本文借助于水与空气系统试验中得到的相关数据,通过实验和数值模拟拟合相结合的方法分别对波纹翅片和百叶窗翅片管换热器在不同的进水温度下的换热、压降特性进行研究分析,得出了两种翅片不同的换热和压降关联式。
桥式翅片流动和传热性能的实验研究和数值模拟作者:贾润泽等来源:《湖南大学学报·自然科学版》2015年第02期摘要:对设计的桥式翅片换热器空气侧的传热和阻力性能进行了实验研究,将大量的实验数据进行了线性回归,得出了在实验雷诺数范围内传热和阻力性能关联式及特性曲线.对比可知,在相同泵功情况下桥式翅片换热器比相同尺寸的平直翅片换热器具有更高的传热性能.同时,对以上两种翅片空气侧的温度场和速度场进行了数值模拟,并利用场协同原理对模拟结果进行了分析.分析结果表明,桥式翅片换热器具有更高传热性能的根本原因在于翅片的桥式布置能有效地改善翅片温度场和速度场的协同性.关键词:桥式翅片;换热器;实验研究;数值模拟;场协同中图分类号:TM925.12 文献标识码:A多年来,人们对散热器翅片强化传热开展了大量研究,并提出了很多有效的强化传热的方法,其中将翅片开缝就是其中一种[1].这是因为在翅片上开缝可以破坏边界层的生长,从而抑制传热系数沿流动方向上的降低.同时将翅片的开缝位置加工成拱桥状,形成所谓的桥式开缝翅片,其在不减少换热面积的情况下进一步增大气流的扰动,这样有可能会进一步提高开缝翅片空气侧的传热性能,但同时也会带来负面效应,比如增大空气阻力,增加功率消耗等.目前对于开缝翅片的传热及阻力特性的研究比较多[2-5].李惠珍等[6]对2排X型双向开缝翅片进行了实验研究和模拟计算,并将实验结果与同尺寸的单向开缝翅片和平直翅片进行了比较,研究结果表明开缝翅片的传热性能远高于平直翅片,且X型的双向开缝翅片的性能要好于单向开缝翅片.Yun J Y等[7]的研究显示翅片节距、开缝翅片的缝宽、缝长、缝高、开缝数及缝的分布等都不同程度地影响其流动和传热性能.屈治国等[8]在对平直开缝翅片的传热特性进行了数值模拟的基础上,进一步应用场协同理论对计算结果进行了分析,计算结果显示在速度场和温度场协同比较差的区域开缝要比在场协同比较好的区域开缝对传热强化更有效.综合上面分析发现,对开缝翅片的已有研究主要集中在纯开缝形式的翅片上,而对于桥式开缝翅片的流动及传热特性的研究还有待进一步的开展.本文采用实验研究和数值模拟的方法,对桥式翅片换热器和同尺寸的平直翅片换热器进行了研究,并利用场协同理论对计算结果进行分析,为桥式翅片换热器进一步的优化设计提供了依据.1实验装置及元件参数实验测试是在标准的风洞实验台上进行的,测试采用热平衡法.实验台由风洞、整流栅、恒温水箱、电加热器、循环水泵、水流量测量、水温控制、压差测量、阀门、换热器、温度传感器、空气流量测量、空气阻力测量、风量调节装置、风机、变频器等组成.实验台工作原理如图1所示.实验过程中,通过控制恒温水浴出口阀门的开度来控制流经换热器的水量,翅片侧空气的流量则通过改变风机的转速(2 000~5 200 r/min ,每隔400 r/min 取一个转速)来加以控制,因此测试共有9个工况点.为提高测量的准确性,每次测量均在工况稳定40 min后进行,各工况的热平衡偏差控制在5% 以内.如图1所示,各点的温度依据空气及热水位置的不同,分别采用水银温度计和热阻式温度传感器两种方式进行测量.在空气侧,空气的流量采用毕托管配倾斜式微压计进行测量计算,同时,在换热器前后的风管上设置静压测嘴测量空气通过换热器的流通压降.在水侧,通过恒温水浴加热使换热器的入口水温稳定在60 ℃,同时在换热器进出口处设置压力表对热水通过换热器的前后的压降进行测量.为保证测量的准确性,水流量的测量采用称重法.2实验误差分析及数据整理实验测试前为验证实验台的准确性,用光管进行了阻力和传热特性实验,所得的实验结果与经典的光管布劳修斯公式f=0.316 4Re -0.25及公认的SiederTate 公式计算式Nu=0.027Re 0.8Pr 1/3(μ/μw)0.14的计算结果进行了对比,试验结果最大偏差均控制在±6%以内,表明本实验台具有足够的精确度.实验时管外翅片侧为空气强制对流换热,管内侧为热水与管内壁的强制对流换热,再加上管自身的导热,因此翅片管的热阻共有3部分组成.应用热阻分离法[9],空气侧的对流换热系数表达式如下:3实验结果利用最小二乘法对实验数据进行拟合整理,得出桥式翅片管的传热和阻力特性实验关联式如下:传热系数关联式为:Nu=6.173Re 0.324 4,适用范围为1.59×102< Re气侧阻力系数关联式为:f=0.289 5Re 0.192 5,适用范围为1.59×102< Re平直翅片管和桥式翅片管的传热和阻力特性试验曲线如图3所示.从图中可知,随着Re增大,翅片空气侧的对流换热系数h也随之增大,风阻系数f也增大;桥式翅片管的对流换热能力高于平直翅片,但风阻系数也略高.在实验的Re范围内,桥式翅片的传热能力比平直翅片平均高52%,风阻系数平均高25%.通过比较可知,桥式翅片是一种有效强化空气的传热方式.4数值模拟4.1数值模拟方法利用有限元分析软件Fluent对以上2种换热器的翅片单元进行仿真,由于桥式翅片管换热器在几何结构上沿横向和纵向具有周期性和对称性,因此可以取相邻翅片间的对称区域为计算单元,如图4所示.利用三维造型软件solidworks建立的实体模型导入Gambit进行网格划分,Gambit中实体建立遵循点—线—面—体的关系,通过此顺序将夹层空间建立实体,根据流道空间形状,将实体划分为六面体网格,有利于计算、收敛和提高精度.该计算模型为三维稳态层流不可压缩流动,因此算法采用simple算法,模型选用laminar.在计算区域的选取上,沿流动方向上进口取为1.5 L,出口取为5 L以使出口回流影响最小,入口边界设置为velocityinlet,出口边界为pressureoutlet,流场的四周边界设为symmetry,圆管与流场和翅片的交界面设为wall.计算中假设管壁温度为固定温度,翅片的温度受到空气流动和翅片管导热的影响,需要计算确定,因而这是一个对流与导热的耦合问题,对此问题的边界条件处理方法可参见文献[8].至此,完成在Gambit中网格划分和定义边界.4.2数值计算结果与台架实验结果的对比桥式翅片管通过两种方式所得的换热系数随迎面风速的变化曲线如图5所示.从趋势上看,数值计算结果与实验结果在总体上保持一致,翅片侧的对流换热系数在实验风速范围内皆随迎面风速的增加而增加.从定量上进行分析,u0=0.8 m/s是个分水岭,当u0>0.8 m/s时,实验值高于计算值,当迎面风速u04.3数值计算结果分析本文同时对桥式翅片和相同尺寸的平直翅片进行了数值模拟,计算得到的翅片单元温度场和速度场如图6,图7所示.沿流动方向上对流换热系数及温度梯度和速度梯度夹角随迎面风速的变化曲线如图8,图9所示.从图6,图7可以清楚地看到,翅片形式设计成桥式后使得边界层在翅片台阶处被破坏,有效地减薄了厚度,因而对流传热显著强化.还可以从场协同理论[10]得到进一步理解,场协同原理指出,在相同的温度和速度的边界条件下,使速度场和温度梯度的夹角变小(即提高场的协同性),可有效提高换热效果.由图6,图7可知在翅片的进口段,速度与温度梯度的方向几乎一致,因而速度与温度梯度的协同性很好,换热强烈,但在流经翅片间隙时,两矢量的夹角增加,速度与温度梯度的协同性明显变差,因而局部对流换热系数下降,如图8中的曲线所示.根据速度和温度梯度夹角的计算公式[11]:由上式计算得到的沿流场方向上协同角随迎面风速的变化曲线如图9所示.由图9可知,平直翅片在整个流场的平均协同角要高于桥式翅片,而且随着迎面风速的增加有增大的趋势.因此可以看出,桥式翅片相对于平直翅片具有更好的温度场和速度场的协同性,这也是图8中桥式翅片空气侧对流换热系数沿流动方向下降较慢的原因.就阻力损失而言,如图10所示,桥式翅片使流动阻力增加,因而桥式翅片的进出口压力损失高于相应的平直翅片,但在迎面风速0.6~2.8 m/s的范围内,桥式翅片的压力损失的增加幅度小于翅片空气侧对流换热系数的增加幅度,综合评价得出在相同泵功下桥式翅片的传热性能比平直翅片高出约50.3%.5结论1)实验测试了桥式翅片换热器的传热性能和阻力性能,得出了该类型翅片换热器的传热和阻力性能关联式.2)与平直翅片实验结果对比,桥式翅片换热器的换热性能更优,在风阻系数增加25%的情况下,平均传热系数高出约52%.3)通过数值模拟,得出了相同尺寸的桥式和平直翅片计算单元区域的温度场和速度场分布情况,及流动方向上对流换热系数沿程变化曲线和不同迎面风速下的压力损失及协同角的变化曲线.并用场协同原理对仿真结果进行分析,分析结果表明翅片桥式布置能有效改善翅片温度场和速度场的协同性,因而相同泵功下大幅度增加了翅片的传热性能.参考文献[1]胡俊伟,丁国良. 开缝翅片压降和换热特性的数值模拟[J]. 上海交通大学学报,2004,38(10): 1639-1642.HU Junwei, DING Guoliang. The numerical simulation of pressure drop performance and heat transfer performance of strip fin[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University,2004, 38(10):1639-1642.(In Chinese)[2]金巍巍,屈治国,张超超,等. 空调蒸发器用管翅式换热器开缝翅片的数值设计[J]. 工程热物理学报,2006, 27(4): 688-690.JING Weiwei, QU Zhiguo, ZHANG Chaochao,et al. Numerical design of slotted fin of tube fin heat exchanger used in evaporator of air conditioning[J]. Journal of Engineering Thermophysics,2006, 27(4): 688-690. (In Chinese)[3]李红智,罗毓珊,王海军,等. 增压空冷器用开缝翅片的结构优化设计[J]. 西安交通大学学报, 2008, 42(11): 1355-1360.LI Hongzhi,LUO Yushan,WANG Haijun,et al. Configuration optimization design for slotted fin surfaces in pressurized air cooler[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University,2008,42(11): 1355-1360. (In Chinese)[4]李红智,罗毓珊,王海军,等. 空间波动参数在开缝翅片结构优化设计中的应用[J]. 工程热物理学报, 2009,30(3):445-448.LI Hongzhi,LUO Yushan,WANG Haijun, et al. Space fluctuation parameters and its application in configuration optimization design for slotted fin surfaces[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2009,30(3):445-448. (In Chinese)[5]熊伟,罗毓珊,王海军,等. 二种开缝翅片特性的试验及数值模拟比较研究[J]. 化学工程, 2009, 37(1): 11-14.XIONG Wei,LUO Yushan,WANG Haijun,et al. Experiment and numerical simulation for characteristics of two slotted fins[J]. Chemical Engineering, 2009, 37(1): 11-14. (In Chinese)[6]李惠珍,屈治国,程永攀,等. 开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟[J]. 西安交通大学学报, 2005, 39(3): 229-232.LI Huizhen, QU Zhiguo, CHENG Yongpan, et al. experimental and numerical study on heat transfer and fluid flow characteristics of slotted finandtube heat transfer surfaces[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2005, 39(3): 229-232. (In Chinese)[7]YUN J Y, LEE K S. Influence of design parameters on the heat transfer and flow friction characteristics of the heat exchanger with slit fins[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2000, 43(14): 2529-2539.[8]屈治国,何雅玲,陶文铨. 平直开缝翅片传热特性的三维数值模拟及场协同原理分析[J]. 工程热物理学报, 2003, 24(5):825-827.QU Zhiguo, HE Yaling, TAO Wenquan. 3d numerical simulation on heat transfer performance of slit fin surfaces and analysis with field synergy principle[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2003, 24(5):825-827. (In Chinese)[9]杨世铭,陶文铨. 传热学 [J]. 第3版.北京:高等教育出版, 1998: 207-212.YANG Shiming,TAO Wenquan. Heat transfer [M]. 3rd ed.Beijing: Higher Education Press,1998: 207-212. (In Chinese)[10]GUO Z Y, LI D Y, WANG B X. A novel concept for convective heat transfer enhancement[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1998, 41(14): 2221-2225.[11]过增元.对流换热的物理机制及控制:速度场与热流场的协同[J]. 科学通报,2000,45(19):2118-2122.。
T型翅片管管外沸腾强化传热的数值模拟研究秦政;刘闯;曹凯;门启明;杜柯江【摘要】利用计算流体力学软件Fluent,对T型翅片管和光滑管管外沸腾强化传热进行了数值模拟研究.结合T型翅片管的结构特点,分析了该换热管的沸腾强化传热机理.在所研究的范围内,T型翅片管管外沸腾传热系数最大时高于光滑管23.2%,强化传热效果明显.同时,综合评价了T型翅片管强化传热和增加压降的性能.研究结果表明,其强化传热综合性能评价因子在不同流速下均大于1,说明T型翅片管有较好的强化传热效果.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】5页(P47-51)【关键词】T型翅片管;沸腾;强化传热;数值模拟;换热管;流速;压降【作者】秦政;刘闯;曹凯;门启明;杜柯江【作者单位】上海船用柴油机研究所;中国石油吉林石化化肥厂;中国石油吉林石化建修公司;上海船用柴油机研究所;上海船用柴油机研究所【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5沸腾强化传热是强化传热技术中的一个重要领域。
沸腾强化传热主要是通过多孔表面增加汽化核心的方法来进一步提高设备的换热效率,更合理地利用能源[1-2]。
根据制造方法的不同可将多孔表面分为两类,一类为多孔覆盖表面,另一类为多孔开孔表面。
所谓多孔覆盖表面,就是在换热面上通过烧结、电镀等方法加工一层多孔层;所谓开孔表面,就是通过机械方法或者其他方法在光滑换热面上加工出凹槽、细缝等容易形成汽化核心的表面结构[3-4]。
本文研究的T型翅片管,其换热表面就是一种典型的机械加工多孔表面,具有加工过程简单、制造成本低等优点[5]。
T型翅片管在1978年就已问世,具有良好的沸腾强化传热效果,已得到了广泛的应用[6]。
近年来,随着数值模拟技术的逐渐完善,大量强化传热研究采用CFD 软件进行,但目前尚未见到采用数值模拟方法对T型翅片管管外沸腾传热进行研究的公开报道。
本文利用Fluent 14.0中的沸腾模型对T型翅片管管外沸腾传热进行模拟。
百叶窗翅片圆管换热器肋侧层流流动特性与传热特性数值研究百叶窗翅片圆管换热器肋侧层流流动特性与传热特性数值研究摘要:百叶窗翅片圆管换热器是一种常见的换热设备,被广泛应用于多个领域。
本文通过数值模拟的方法,研究了百叶窗翅片圆管换热器在肋侧层流流动条件下的流动特性和传热特性。
通过改变翅片形状和尺寸以及壁面温度条件等参数,分析了这些因素对换热器性能的影响。
研究结果表明,在一定的流量条件下,翅片形状和尺寸对换热器的传热效果有着明显的影响,同时壁面温度的升高也会提高传热效率。
1. 引言百叶窗翅片圆管换热器是一种重要的换热设备,在空气调节、冷却系统和热能回收等领域得到了广泛的应用。
其结构简单,性能稳定,换热效果良好,在节能和环保方面具备了很大的潜力。
2. 数值模拟方法本文采用计算流体力学(CFD)方法对百叶窗翅片圆管换热器进行数值模拟。
通过建立合适的几何模型和流动场模型,引入Navier-Stokes方程和能量方程,利用计算机仿真得到流动场和温度场的分布情况。
3. 模型建立和仿真参数为了研究百叶窗翅片圆管换热器的肋侧层流流动特性和传热特性,本文选取了一种典型的百叶窗翅片圆管结构,并设定了合适的尺寸和边界条件。
模型中考虑了肋片形状、肋间距和肋片高度等参数对换热器性能的影响,并将其化简为一维问题进行数值计算。
4. 结果分析通过数值模拟得到的流动场和温度场数据,可以得知不同参数对翅片换热器性能的影响规律。
在固定流量和壁面温度条件下,增加翅片高度和肋间距会增加流动阻力,但也会提高传热效果。
此外,改变壁面温度的变化幅度,也会对传热特性产生很大的影响。
5. 结论本文通过数值模拟的方法,研究了百叶窗翅片圆管换热器的肋侧层流流动特性和传热特性。
研究结果表明,翅片形状和尺寸以及壁面温度是影响换热器性能的重要因素。
合理调整这些参数可以提高百叶窗翅片圆管换热器的传热效率和性能稳定性,为其在实际应用中的优化设计提供了理论依据。
6. 展望虽然本文通过数值模拟研究了百叶窗翅片圆管换热器的肋侧层流流动特性和传热特性,但仍存在一些不足之处。
多排数翅片管换热器空气性能的模拟与分析发表时间:2020-01-09T08:43:40.910Z 来源:《建筑学研究前沿》2019年20期作者:王文文[导读] 本文利用Fluent软件模拟了多排数翅片管换热器的空气性能,该数学模型的建立,采用标准k-ε湍流模型。
对空气的温度、速度及压力的变化进行了分析。
新时代(西安)设计研究院有限公司陕西西安 710018摘要本文利用Fluent软件模拟了多排数翅片管换热器的空气性能,该数学模型的建立,采用标准k-ε湍流模型。
对空气的温度、速度及压力的变化进行了分析。
通过对多排数换热器的研究,分析不同的结构对其换热效果有所不同。
得出换热器的换热效果最好的一个最佳的管排数,使得换热器的换热效率能达到最大。
关键词换热器数值模拟空气性能Simulation and Analysis of Air Performance of Multi-row Finned-Tube Heat ExchangerWenwen WangNEW Exa(Xi an)Design Engineering Co.,LtdXi an,Chinawenwensby@Abstract In this paper,simulates the air performance of multi-row finned-tube heat exchanger by Fluent.The mathematics model is established,using standard k-ε turbulence model.The temperature,velocity and pressure changes of air are analyzed.By research the multi-row finned-tube heat exchanger,analyzed the different structures have different effects on the efficiency of heat transfer,obtained the most appropriate number of tube rows,making the heat exchanger for maximum heat transfer efficiency.Keywords Heat exchanger,numerical simulation,Air Performance1 引言管翅式换热器常常用于制冷、空调行业中有空气或其他液体介质存在时,根据实际情况,翅片结构也有不同。
中温水系统末端设备翅片式换热器性能研究摘要本文基于仿真理论分析及及实验测试数据整理,提出多种中温水末端末端换热技术,对翅片式换热器管束参数、翅片结构、送风距离、摆放方式进行专项分析,得出寻优方案,有效解决中温水系统末端设备除湿行业难度,同时总结出不同结构类型翅片式换热器风阻计算公式及实验修正参数,对类似产品开发具有重要指导意义。
关键词中温水系统末端、空气焓差法、仿真、除湿、管束参数、翅片、吹风距离、风阻。
Abstract:based on theoretical simulation analysis and experimental tests, this paper proposes a variety of heat exchanging technologies for medium-water-temperature terminal units. It conducts special analysis for the finned heat exchanger on parameters of tubes, fin structure, air supply distance, and placement method; obtains an optimal solution to effectively solve the dehumidification difficulty in the industry for the medium-temperature-water terminal units; and summarizes the air resistance calculation formulae and experimental correction coefficients for finned heat exchangers with different structures, which plays important guiding significance for development ofsimilar products.Keywords:medium-temperature-water terminal units; method of air enthalpy difference; simulation; dehumidification; parameters of tubes; fins; air supply distance; air resistance前言在节能减碳国家政策趋势下,中温水系统进水11℃出水16℃比常温水系统进水7℃出水12℃节能30%,成为节能减碳重要技术研究方向。
翅片管式空气–熔盐换热器的数值模拟优化张可;苑中显【期刊名称】《可持续能源》【年(卷),期】2016(006)003【摘要】本文采用FLUENT软件对高温空气–熔盐在翅片管式换热器中的换热进行数值模拟,研究高温空气–熔盐之间的换热与流动特性。
在翅片管式换热器的管内走熔盐,管外翅片间走高温空气。
模拟主要考察对于不同雷诺数及不同翅片间距下,翅片管式换热器中空气侧的换热和阻力特性。
计算结果表明:随着空气侧流速的增加,空气侧表面换热系数有显著增加,而平均阻力系数逐渐减少并趋于平缓。
增加空气侧流速可以强化空气侧换热,但是增加流速使得风机的能耗大大增加。
在低雷诺数下,翅片表面的换热分布不均匀,换热主要集中在迎风侧,从而使管壁四周换热不均匀,导致管内熔盐形成涡流,从而产生X方向的速度。
随着翅片间距的增加,空气侧表面换热系数呈现先增加后减小的变化趋势。
【总页数】12页(P39-50)【作者】张可;苑中显【作者单位】[1]北京工业大学环境与能源工程学院,北京;;[1]北京工业大学环境与能源工程学院,北京【正文语种】中文【中图分类】TK1【相关文献】1.翅片管式换热器空气侧热阻和压降的测量误差分析及控制 [J], 秋雨豪;赵华2.翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟 [J], 陈彪;余敏;龙时丹;王晓阳3.车用百叶窗翅片管式换热器对空气侧强化传热作用的研究进展 [J], 刘佳丽; 范显旺4.车用百叶窗翅片管式换热器对空气侧强化传热作用的研究进展 [J], 刘佳丽; 范显旺5.析湿工况下翅片管式换热器表面粉尘沉积过程的数值模型 [J], 詹飞龙; 丁国良; 庄大伟; 张浩; 武滔; 叶向阳因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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。
波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟曹先慧;马贵阳;王雷;姚尧;高艳波;莫海元;刘金彪【摘要】基于有限容积法建立波纹翅片管换热器流体流动与传热的计算模型,在不同送风速度工况下,分别对6种不同波纹倾角结构换热器内流体的流动及传热进行了数值模拟,分析了流道内的温度场、压力场及速度场的变化规律,得到了换热量、压降以及出口温度随入口风速变化的规律。
结果表明,换热量、压降以及出口温度均随波纹倾角的增加而增大;换热量随着送风速度的加快而增加,压降及出口温度随着送风速度的加快而降低;翅片板间流体的流动与传热存在比较明显的不均性,导致换热管背风侧存在明显的传热“死区”。
%Based on finite volume method ,a three-dimensional calculation model of a wavy fin exchanger was built up for fluid-flow and heat-transfer study ,and using CFD software ,numerical simulation were carried out for fluid flow and heat transfer inside the heat exchanger of 6 different inclination angles under conditions of different air velocities .The variations of the temperature field ,pressure field and velocity field in the channels were analyzed ,and the variations of heat transfer , pressure drop and outlet temperature with the inlet velocity were obtained .The results show that the heattransfer ,pressure drop and outlet temperature increases with the increase of the corrugation inclination ;the heat transfer increases while the pressure drop and outlet temperature decreases with the rising flow velocity ;obvious non-uniformity of flow and heat transfer exists between the fins ,resulting in obvious heat transfer "dead zone"at the leeward side of the heat transfer tube .【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P43-46)【关键词】波纹翅片;对流换热;数值模拟【作者】曹先慧;马贵阳;王雷;姚尧;高艳波;莫海元;刘金彪【作者单位】辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001; 胜利油田森诺胜利工程有限公司,山东东营257000;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;武汉钢铁集团鄂城钢铁有限责任公司,湖北鄂州436002【正文语种】中文【中图分类】TE965;TB657.5波纹翅片管换热器是一种新型高效的紧凑型换热器,在能源、化工、制冷、航空航天等多种领域被广泛应用。
第27卷第5期 2OO6年10月 制冷学报
Jo哳忱Z of忍 即 Fo1.27。No.5
October.2006
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水一空气翅片管换热器实验研究与数值模拟 何明勋陶正良王冬梅 (上海理工大学动力学院叶轮机械所上海200093) 摘要通过对翅片管式换热器的设计和实验研究,得出了该换热器的性能曲线,此外还对换热器内部流场和温 度场进行了三维数值模拟计算。从实验和模拟结果分析可知,实验所得传热因子 较模拟结果有12%范围内的减 小,而阻力因子,有4%~16%的增大;翅片间距和管排密集度对翅片管换热器性能影响很大,减小翅片间距和增 大管排密集度均能增强换热器的换热效果,但压力损失也明显增加。 关键词工程热物理;翅片管换热器;传热特性;数值模拟;紧凑式换热器
Experimental Study and numerical Simulation On Ai r—water Tube Fin Heat Exchanger He Mingxun☆,Tao Zhengliang and Wang Dongmei ☆Shanghai University for Science and Technology,Shanghai,200093,China Abstract To get the tube fin heat exchanger’S performance curve relationship,a series of experimental studies and numerical simulations were cautiously carried out.At the same time,as another part of the 3一D numerical simulation work,this tube fin heat exchanger’S internal temperature,velocity and pressure fields were shown in this paper.From the results of experimental study and numerical simulation,we found that the real tube fin heat exchanger’S transfer factor j is 12%lower than that of the simulation model,while the friction factor i iS 4%一16% increased.Fin spacing and density of the staggered tube bundle have much more influence on its performance. when the distance between fins decreased or the tube distributing density increased,heat transfer of the exchanger will be strengthened and pressure drop will be distinctly aggrandized. Keywords Engineering ThermophysicsiTube fin heat exchanger Heat transfer characteristicl Numerical simulation; Compact heat exchanger
1 :.一 行研究。 l 引旨
翅片管换热器因其结构简单、耐用等优点在工 业生产中得到了广泛应用,为提高换热效率和搞清 传热机理,几十年来人们在翅片形状、间距和管径等 方面进行了大量深入研究¨ J,积累了丰富数据和 经验,但目前依然没有统一的关联式来指导设计,对 于不同场合所要求的结构形式必须用实验来重新验 证才能应用于工业生产。项目选用设计的翅片管换 热器应用于燃气轮机进口空气冷却,因而必须更加 谨慎,为保证换热性能、压力损失、流场分布等方面 的要求,从实验和数值模拟两方面来对该换热器进 2 翅片管换热器设计 换热器采用声9.2mm×0.35-砌紫铜管,正三角 形排列,管排行距sl=25.4mm,列距s =22-啪,单 管有效长度0.75m,共4排13列。肋片为平直铝
制,片厚 =0.15-肿,翅片宽L=88mm,肋片间距 s,=2mm,其他相关参数如表1所示。 设计参数为空气流量0.8kg/s,相对湿度60%, 温度从35℃将到22℃,水温升从7℃到12℃,流量 1.0 kg/s。两变工况为空气侧温度从35℃降到15℃ 和8℃,计算数据列表如表2和表3。
表1翅片管换热器主要结构参数 肋化面积 肋间基管表面积 肋管外总表面积 肋管内表面积 当量直径 最窄流通面积与迎风 紧凑度 f//m2/m { t |m flm21m flm21m 肋化系数口 /mm 面积之比6 |
0.483 0.0285 0.515 0.O277 18.467 3.3o7 0.567 1000
收稿日期:2OO5年9月23日 58—
维普资讯 http://www.cqvip.com 第2270O6 素耋期 水一空气翅片管换热器实验研究与数值模 年10月 、 ~耀几目 胍W犬锄【 .J翼工 饫 Vo1.27。No.5 October
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表2换热器空气侧主要计算数据 ] 迎风面积 迎风风速 最小截面风速 换热系数 压降 工况 船数 Nu数 传热因子 A| W/mls /m/s a/w/(n K) △P}Pa
设计 0.2477 2.759 4.862 1013.8 14.16 l13.8 0.01566 59.3 变一 0.6o96 1.12 1.9r75 411.9 9.12 73.3 0.0 481 变二 1.950r7 0.35 0.617 128.7 5.16 41.5 0.O
表3换热器水侧主要计算数据 水流量 流通面积 水流速度 换热系数 压降 工况 船数 Nu数 传热因子 G/kg/s A/n? W/m/s a/w/( K) △P}Pa
设计 1.00 0.001589 0.6312 4185.9 35.71 2635.5 0.0cI4025 2317.2 变一 1.8327 0.002444 0.75O1 4974.7 41.0 3O25.9 0.0o3889 绷.5 变二 2.46l1 0.002933 0.8395 5566.9 44.86 3494.7 0.0o3802 l1O94.8
3 三维数值模拟研究 模拟计算采用pheonics软件,用simplest算法迭 代计算L】 。模型一为两排四列真实尺寸模型,模型 二为将模型一翅片间距增大为4mm后的模型,模型 三为四排四列真实模型,模型四为模型三管排密集 度减小一倍后的模型。
图1模型一几何模型 对边界条件的处理:空气进El温35 ̄C;冷却水入 口设计流速为0.6312m/s,计算时取0.63m/s,入口温 5 ̄C,出El缺省。保持上述条件不变,通过变换空气 侧入口流速模拟不同工况。 图2为模型一x—z面空气侧速度场,空气以2. 5m/s速度进入流道,遇第一排冷水管扰流加速后减 速,然后遇第二排冷水管后又加速再减速,由于流 过第二排管道后后面没有障碍物而产生旋涡。探针 测得主流区速度约5.186m/s,与设计计算的最小流 通风速4.86m/s基本相同。
图2模型一X—Z面空气侧速度场 图3为模型一某x—Y面空气侧速度场,流体 进入通道绕过第一排冷却水管后速度基本降为零, 然后逐渐回升至最大值,出口速度由于翅片壁面的 阻力作用呈抛物线状分布。图4为温度场,空气以 35 ̄C初始温度进入换热器芯体,遇第一排冷却水管 发生热交换温度急剧降至23 ̄C左右,绕过第一排水 管后温度不断回升,主要原因是遇第二排冷水管流 体扰动发生对流导热,出El平均温约27.1 oC。
图3模型一X—Y面空气侧速度场 59—
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Journal ofRefrigeration Vo1.27。No.5
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图4模型一x—Y面空气侧温度场 图5模型二x—Y面空气侧速度场 图6模型二x—Y面空气侧温度场 图5、图6为模型二x—Y面空气侧速度场和温 度场,其流动规律与图3相同,可见,翅片间距由 2mm加宽为4mm后出口速度有所增大,且分布较均 匀,出口温度有所升高。两模型同一位置点温度差 为3 ̄C左右,而压力损失分别为41.2Pa和25.5Pa。 因而减小翅片间距有利于强化换热,但阻力损失相 应增大。
图7模型三X—z面空气侧温度场 60一
图8模型三X—z面空气侧速度场 图7、图8为四排4列原始几何模型的温度场和 速度场,取自X—Z面。温度变化规律大体与图2相 似,出口测得平均温度约20.1℃,较设计温22℃略 有偏低。出口速度用探针测得为4.739m/s,与设计 速度4.86 m/s误差很小。
图9模型四x—z面空气侧温度场 图10模型四x—z面空气侧速度场 图9、图10为原始模型管排密集度减小一倍后 的模拟结果,模型三、四压力损失分别为51.79Pa和 43.61Pa,出ISl温度分别为24.66 ̄E和17.15 ̄E。可见 减少管排数后流体出口温度升高,扰动作用减弱,压 力损失减小。
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