不同翅片高度和均匀壁温的内翅片管在层流流动时的传热

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1、不同翅片高度和均匀壁温的内翅片管在层流流动时的传热O.Zeitoun·A.S.HegazyMech.Eng.Dept.,KingSaudUniversity,P.O.box800,11421Riyadh,SaudiArabia摘要提出了一种在一纵向内翅管提供并均匀外壁温度充分发展层流对流换热的分析。齿安排在两组不同的高度。已经解决了非线性微分方程数值计算得到的速度和温度分布。所得结果表明,对不同几何形状的翅片管，翅片高度很大影响了流动和传热特性。减少高翅片组显著降低摩擦系数。在同一时间奴塞尔数分别稍微降低,以使该减少是有道理的。因此,使用不同的翅片高度内部翅片管的传热强

2、化能够在合理磨擦系数低。介绍内翅片管广泛地应用于额外的热传递区域能被提供的换热器,从而传热得到扩增。早期的分析能力和与实验研究已经涉及在层流流动与相同翅片高度的内翅片的传热。这些研究的结果包含的速度分布、摩擦系数、温度分布及奴塞尔数分别,以及翅片传导性对换热特性的影响。内部的传热过程的有效性取决于不同翅片管等因素导度,延长了固体和流体之间的翅片传热表面,和局部的传热系数。每个这些因素往往取决于别人。对于一个给定的导热系数值的翅片的材料,以提高翅片导电,有必要增加厚度和降低高度。增加换热表面,翅片的延长必须增大。需要减轻重量的内翅片管,事实上,在热交换器上变得越来越重要。

3、因此,翅片厚度都必须减少。增加翅片表面积的结果在于提高高摩擦系数,因而需要高能量来抽送流体通过管道。局部的传热系数取决于翅片形状和间距不同的方法。很多研究已经展开,研究这个问题优化翅片表面的形状,来增加传热效率和减少尺寸和重量的内翅片管。这些调查导致找出了型材传热,最大限度的体现了翅片管的单位长度或表面。然而,这类型材制造起来似乎太复杂。此外,关于摩擦系数还没有出版,预计相对较高。不断改进的翅片之间局部换热系数可以通过改变速度模式。如果内翅片管不同高度的速度模式，他们之间将会改变。本论文旨在探讨不同高度上翅片在内翅片管换热上使用的影响。因此,本文提出了一种为充分开发分析

4、层流对流换热与牛顿液体在管道提供了两组内部翅片。这两组有不同翅片高度。翅片以这种方式被安排。每两个连续的翅片都是不同的高度。因此,一定数量的翅片应均匀。分析图1中指出了内翅片管流动的领域在被研究在当前的研究论文。管内半径ro。翅尖躺在两个圆弧半径,r2与r1,随着管的中心线的同心轴。翅片是直的并且均匀分布在四周外围的管道截面。由于几何对称性对流动的领域正如图1显示，对控制方程的解答只在两个连续的翅片的中心线之间寻找,即θ=0和θ=γ之间。假定的流动稳定,层流和完全发展。此外,假定流体符合牛顿，有统一的性质和流体粘滞耗散被忽视。在此环境下,动量方程减少到:利用无量纲变量:

5、Eq.(1)可以写在一个无量纲形式为:研究了边界条件的域名,是:为充分发展的温度场分布和微不足道的轴向传导、水流能量方程可归纳为:不变的温度场分布的轴向的条款可以写在无量纲温度为:使用由Eqs.(2)和(6)，Eq.(5)给出的无量纲的变量能被写在下面无因次式:Af是无量纲的流道面积，表示为：按同样的方式，传导方程内翅片在一个无因次式可以写成由于:适当边界条件为Eqs.(7)和(8)上面的论文域名:Fig.1.Flowfieldgeometry计算方法微分方程(3),(7),(9)受由方程(4)、(10)给定的边界条件解决了有限体积法数值模拟。该方法的细节在Patank

6、ar[15]中给出。一个31×37(半径×角θ)网格运用过程中计算领域。在θ方向网格间距被选中成为更好的在和靠近翅片壁的地方(δθ≤0.02rad)。在r方向,网格间距更接近管壁和翅片下游(δR≤0.02)。细网格计算在探索不同翅片管几何图形及由此产生的速度和温度的变化值都太小,以证明该增加计算时间。离散方程由方程式(3)、(7)、(9)整合得到。方程(3)无量纲速度和方程(7)、(9)的温度的迭代解决了所得到的离散方程。迭代过程中解决方案收敛一直继续,方程(3)无量纲速度和方程(7)、(9)温度随之变化，在之前的迭代步小于10x的他们的价值观。由方程(3)解得的速度分

7、布图被用作为解决方程(7)。无量纲体积速度Ub、温度ϕb用辛普森的规则计算。众所周知的通过光管层流的情况的预测[16]测试这计算技术。速度和温度结果的剖面图显示偏差小于0.5%,而摩擦系数结果显示最大偏差在0.08%f.Re和奴塞尔数结果显示为0.44%最大误差。数值精度的验证程序,数值计算结果的解决方案是先取得对翅片高度相等情况下(H1=H2=H)和比较了其他报道在[3]。表1显示的值平均奴塞尔数分别怒中预言当前工作和接受在文献[3]。怒是求解方法后来所描述的摘要。表1所涵盖的Nu范围为N=4、8、16、H=0.2,0.40.6,0.8