【摘要】：翅片管換熱器具有較高的換熱性能,目前已廣泛應(yīng)用于航天、化工、制冷等行業(yè)。在換熱器的應(yīng)用過程中,需要在原有換熱器的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化,增強換熱性能,提高能源的利用效率。本文以空冷式平直形翅片管換熱器為研究對象,采用Gambit軟件建立換熱器模型,利用FLUENT軟件對換熱過程進行數(shù)值模擬,分析優(yōu)化后換熱器的換熱特性和阻力特性,并研究渦流發(fā)生器個數(shù)、渦流發(fā)生器高度、翅片厚度、翅片管外半徑、翅片間距、翅片管橫向管間距等因素對換熱性能的影響。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)建立翅片管換熱器模型,以初始平直形翅片和波紋形翅片為比較對象,研究平直形翅片優(yōu)化后溫度場、壓力場與對流換熱系數(shù)的變化情況,分析通過加裝渦流發(fā)生器這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式的強化換熱機理。(2)采用控制變量的方法,改變翅片管換熱器入口介質(zhì)的流速,研究優(yōu)化前后換熱器換熱性能的變化。優(yōu)化后的平直形翅片單位換熱量平均壓降是優(yōu)化前的1.09倍,努賽爾數(shù)增大了11%-23%,阻力因子增加了5%-12%,優(yōu)化后翅片管換熱器具有更好的綜合換熱性能。(3)在優(yōu)化后的平直形翅片基礎(chǔ)上,研究換熱介質(zhì)流速,以及渦流發(fā)生器個數(shù)和高度對換熱器的換熱量和阻力損失影響。隨著換熱介質(zhì)流速的增大,壓降增大,換熱能力增強;在換熱介質(zhì)流速一定時,隨安裝渦流發(fā)生器個數(shù)的增加,對流換熱系數(shù)與壓降均增大,當(dāng)渦流發(fā)生器的個數(shù)增加至6個以上時,對流換熱系數(shù)的增大幅度下降,壓降增大;在換熱介質(zhì)流速與渦流發(fā)生器個數(shù)一定時,隨渦流發(fā)生器高度的增大,對流換熱系數(shù)與壓降增大,當(dāng)高度增大至1.2mm時,對流換熱系數(shù)的增大幅度下降,壓降持續(xù)增大。(4)研究換熱介質(zhì)流速,以及翅片厚度、翅片管外半徑、翅片間距、翅片管橫向管間距對優(yōu)化后翅片管換熱器換熱性能的影響。結(jié)果表明:翅片厚度由0.1mm增大至0.18mm時,對流換熱系數(shù)小幅增大,壓降增大,換熱性能改善程度較小;翅片管外半徑由3.8mm增大至4.4mm時,對流換熱系數(shù)與壓降均有較大幅度增大;翅片間距由1.6mm增大至1.8mm時,對流換熱系數(shù)增大,壓降減小,當(dāng)繼續(xù)增大至1.9mm時,對流換熱系數(shù)減小,壓降減小,流動阻力減小;翅片管的橫向管間距由16.8mm增大至32.8mm,對流換熱系數(shù)與壓降減小。即通過選取合適的翅片間距、翅片管外半徑、翅片管橫向管間距可以進一步提升優(yōu)化后的平行形翅片管換熱器的換熱性能。
【圖文】：

2 強化換熱與數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)2 強化換熱與數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)管換熱器換熱特點片管換熱器構(gòu)造和工作原理管換熱器主要是由翅片、基管、外殼等組成，其中翅片管是翅片管熱交換元件，如圖 2-1 所示為翅片管換熱器實物圖。翅片管換熱器的主要分為圓扁平管這三類，翅片通過與管壁相連接實現(xiàn)冷熱流體的熱量交換，由在基片，可以使得換熱器的換熱面積增大，使得換熱器實際換熱量增加，提升于翅片管換熱器的翅片可以單獨裝在單根管子上，也可以同時裝在多根管[63]。

.2 翅片管的類型翅片管是翅片管換熱器中的核心部分，在對翅片管進行設(shè)計和制造時候，應(yīng)當(dāng)導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、耐高溫、耐高壓、容易清理等因素的影響。翅片按其在管方式，可分縱向和橫向翅片兩大類。其它類型的翅片管換熱器都是這兩種類型在對翅片管換熱器進行研究設(shè)計時，可以根據(jù)換熱介質(zhì)的流動方向和換熱的方翅片管換熱器的種類。如圖 2-2 所示為不同類型的翅片，在對換熱的翅片選擇時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)翅片對翅換熱特性的影響，來選擇翅片的類型、尺寸和加裝的位置。通常根據(jù)熱擴散率翅片的位置，當(dāng)翅片管內(nèi)外側(cè)熱擴散率 α 相差較大時，翅片通常裝在熱擴散率一側(cè)；當(dāng)內(nèi)外側(cè)擴散率 α 相接近時，可以根據(jù)實際的應(yīng)用和制造難度，在基管均增加翅片或者內(nèi)加螺旋體外加翅片等方法，增加換熱介質(zhì)的擾動，，破壞流動強化換熱。通常翅片的形狀為圓形和矩形，常見的翅片類型有平直形翅片、波、百葉窗形翅片。
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK172

【參考文獻】

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1 秦萌;尤學(xué)一;;波紋穿圓孔翅片管換熱器換熱特性的數(shù)值模擬[J];天津城建大學(xué)學(xué)報;2015年05期

2 陳威;談永明;;換熱器節(jié)能降耗技術(shù)分析[J];中國化工裝備;2015年02期

3 張凡;李兆輝;李曉宇;丁靖;陳磊;陶文銓;;不同材料翅片管換熱器特性的試驗研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2015年05期

4 陳鵬飛;馮立斌;程國鵬;;圓形開孔翅片管式換熱器傳熱特性的數(shù)值模擬[J];工業(yè)爐;2014年06期

5 劉延斌;;換熱器節(jié)能設(shè)計分析[J];河南科技;2014年18期

6 錢伯章;;換熱器節(jié)能技術(shù)綜述[J];化工裝備技術(shù);2014年04期

7 孔曉鳴;李炅;周到;何亞峰;張茹;魯琳琳;;小管徑橢圓管開縫翅片換熱器的數(shù)值模擬[J];制冷與空調(diào);2014年04期

8 金聽祥;曹玉龍;羅志明;馬秋陽;;采用銅鋁復(fù)合管的翅片管換熱器換熱性能數(shù)值模擬與實驗研究[J];制冷學(xué)報;2014年01期

9 張苗;許強;;翅片換熱器管外流體流動的數(shù)值模擬[J];機械與電子;2013年10期

10 熊丹桂;;換熱器節(jié)能技術(shù)的研究[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2013年13期

本文編號：2649377