翅片管式冷凝器傳熱優(yōu)化數(shù)值模擬研究.pdf

1、強化傳熱技術(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。換熱器的強化傳熱技術(shù)及其應(yīng)用隨著強化傳熱技術(shù)研究的發(fā)展也得到廣泛的認可。 本論文分為兩部分研究內(nèi)容,第一部分首先以翅片管式冷凝器作為研究對象,對單元翅片管在一個周期區(qū)域內(nèi)進行數(shù)值模擬計算,分別討論了流體在層流和紊流兩種工況下的流動和換熱,得到速度場、溫度場、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。對翅片表面的局部阻力系數(shù)進行分析發(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)比層流時小很多,所以冷凝器在紊流情況下的工作性能比層流時好。其次,針對流體在紊流工況

3、下進行翅片優(yōu)化研究,考察不同翅片尺寸(翅片間距、翅片高度、翅片厚度)對冷凝器空氣側(cè)的流動和換熱特性的影響。結(jié)果表明：對于翅片高度和翅片厚度不變的條件下,翅片間距的改變對冷凝器的流動和換熱特性影響很大,說明翅片間距是影響冷凝器空氣側(cè)流動和換熱的強函數(shù)。翅片管單位長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,分別對翅片間距為1.27mm、1.8mm、2.2mm時的翅片管進行模擬計算,翅片間距為1.27mm時

4、的換熱效果最好。翅片高度和翅片厚度對冷凝器影響的程度沒有翅片間距對其影響的程度大,當(dāng)翅片間距和翅片厚度不變時,對翅片高度分別為6.5mm、7.5mm、8.5mm的翅片管進行模擬計算,翅片高度為8.5mm時的換熱效果最好。另一方面,翅片厚度的增加對翅片管單位長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),對冷、熱流體的流速最佳匹配關(guān)系進行了分析討論。通過分析可以看出,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。進入緩增段后,單側(cè)流速的增加對總傳熱系數(shù)的改善作用甚微,從投入產(chǎn)出比的角度看是不可取的。對翅片管換熱器而言,忽略導(dǎo)熱熱阻時管內(nèi)外對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,還對翅片管式換熱器的傳熱計算方法進行了探討,討論了通過區(qū)域離散方法進行換熱器計算的可行性。通過該部分的理論公式及計算原理的討論,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