翅片管式冷凝器傳熱優(yōu)化數(shù)值模擬研究.pdf

1、強(qiáng)化傳熱技術(shù),由于能使換熱設(shè)備的工作效率提高,減少重量和體積,故一直受到科技界和工業(yè)界的重視。換熱器的強(qiáng)化傳熱技術(shù)及其應(yīng)用隨著強(qiáng)化傳熱技術(shù)研究的發(fā)展也得到廣泛的認(rèn)可。 本論文分為兩部分研究?jī)?nèi)容,第一部分首先以翅片管式冷凝器作為研究對(duì)象,對(duì)單元翅片管在一個(gè)周期區(qū)域內(nèi)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,分別討論了流體在層流和紊流兩種工況下的流動(dòng)和換熱,得到速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、阻力特性和換熱特性。從模擬結(jié)果可以看出,流體在層流和紊流工況下,隨著Re數(shù)的增加

2、,平均Nu數(shù)逐漸增大,而阻力系數(shù)隨之減小。對(duì)于層流情況下?lián)Q熱基本上發(fā)生在翅片的迎風(fēng)側(cè),由于管子后面存在死區(qū),背風(fēng)側(cè)換熱基本為零。對(duì)翅片表面的局部阻力系數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),其局部阻力系數(shù)分布不均勻,翅片前半部的局部阻力系數(shù)較大,局部阻力系數(shù)極大值出現(xiàn)在α=60°～80°的區(qū)域內(nèi)。在紊流工況下,平均Num數(shù)明顯比層流工況大,換熱效果比層流工況好,并且平均阻力系數(shù)比層流時(shí)小很多,所以冷凝器在紊流情況下的工作性能比層流時(shí)好。其次,針對(duì)流體在紊流工況

3、下進(jìn)行翅片優(yōu)化研究,考察不同翅片尺寸(翅片間距、翅片高度、翅片厚度)對(duì)冷凝器空氣側(cè)的流動(dòng)和換熱特性的影響。結(jié)果表明：對(duì)于翅片高度和翅片厚度不變的條件下,翅片間距的改變對(duì)冷凝器的流動(dòng)和換熱特性影響很大,說(shuō)明翅片間距是影響冷凝器空氣側(cè)流動(dòng)和換熱的強(qiáng)函數(shù)。翅片管單位長(zhǎng)度的換熱量和平均阻力系數(shù)均隨翅片間距的減小而增加。當(dāng)翅片高度和翅片厚度不變時(shí),分別對(duì)翅片間距為1.27mm、1.8mm、2.2mm時(shí)的翅片管進(jìn)行模擬計(jì)算,翅片間距為1.27mm時(shí)

4、的換熱效果最好。翅片高度和翅片厚度對(duì)冷凝器影響的程度沒(méi)有翅片間距對(duì)其影響的程度大,當(dāng)翅片間距和翅片厚度不變時(shí),對(duì)翅片高度分別為6.5mm、7.5mm、8.5mm的翅片管進(jìn)行模擬計(jì)算,翅片高度為8.5mm時(shí)的換熱效果最好。另一方面,翅片厚度的增加對(duì)翅片管單位長(zhǎng)度換熱量的影響微乎其微。 第二部分從換熱器功耗-傳熱量投入產(chǎn)出比最優(yōu)的角度出發(fā),對(duì)冷、熱流體的流速最佳匹配關(guān)系進(jìn)行了分析討論。通過(guò)分析可以看出,換熱器總傳熱系數(shù)隨單側(cè)傳熱系數(shù)

5、的變化曲線可劃分為急增段、漸增段和緩增段。進(jìn)入緩增段后,單側(cè)流速的增加對(duì)總傳熱系數(shù)的改善作用甚微,從投入產(chǎn)出比的角度看是不可取的。對(duì)翅片管換熱器而言,忽略導(dǎo)熱熱阻時(shí)管內(nèi)外對(duì)流熱阻的最佳匹配關(guān)系。應(yīng)該是內(nèi)外熱阻處在同等地位的工況。另外,還對(duì)翅片管式換熱器的傳熱計(jì)算方法進(jìn)行了探討,討論了通過(guò)區(qū)域離散方法進(jìn)行換熱器計(jì)算的可行性。通過(guò)該部分的理論公式及計(jì)算原理的討論,可以確定出管外空氣溫度分布、制冷劑在管內(nèi)的溫度分布等特性,為冷凝器或蒸發(fā)器的工