平翅片换热器管外流动与传热特性的数值模拟

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1、平翅片换热器管外流动与传热特性的数值模拟摘要:本文利用CFD软件FLUENT对平翅片换热器翅片表面流体流动及换热过程进行了数值模拟，获得了换热器内部流场、温度场以及换热器进出口压降和翅片表面平均对流换热系数等。根据模拟结果，翅片表面对流换热系数随风速增加而增加，但增加速率逐渐下降；换热器进出口压降随着风速的增加而增加，且其增加速度逐渐加快。利用场协同原理进一步分析对流传热，发现流速增大带来换热量增大的根本原因是风量的增加；速度的增加反而导致对流换热过程平均场协同角度增大，使速度场和温度场的协同性变差。关键词:平翅片；换热器；数值模

2、拟；场协同原理FlatfinnedtubeheatexchangeroutsidethenumericalsimulationofflowandheattransfercharacteristicsAbstract:Thispaper,byusingCFDsoftwareFLUENTtoflatfinheatexchangerfinsurfacefluidflowandheattransferprocessinthenumericalsimulationoftheinternalflowfield,temperaturefield

3、andheatexchangerheatexchangerintheimportandexportpressuredropandtheaverageconvectiveheattransfercoefficientoffinnedsurface,etc.Accordingtothesimulationresults,thefinsurfaceconvectiveheattransfercoefficientincreaseswiththeincreaseofwindspeed,buttheincreaserategradually

4、decreases;Heatexchangerintheimportandexportpressuredropincreaseswiththeincreaseofwindspeed,andincreasesitsspeedwasaccelerated.Convectionheattransfer,usingthefieldsynergyprinciplefurtheranalysisfoundthatthevelocityincreaseswithincreaseinheatistherootcauseoftheincreaseo

5、fairvolume;IncreasedspeedcausetheaveragefieldsynergyAngleincreaseintheconvectiveheattransferprocess,makethevelocityfieldandtemperaturefieldofcollaborativevariation.Keywords:flatfin;heatexchanger;numericalsimulation;fieldsynergyprinciple0引言随着计算机技术的不断发展和进步，中央处理器(CPU)的运算

6、速度大大地提高。进而，使得采用计算流体动力学(CFD)技术对各种实际问题进行模拟计算得到了快速的发展。采用CFD技术模拟实际问题具有费用低、速度快，9能模拟较复杂的过程变化等优点，特别是对于一些在实验过程中难易测量或者实验投资较大等问题更具有独特的优势。CFD技术在流体力学及传热方面的研究越来越得到重视和应用。文中利用CFD软件FLUENT对管翅式换热器的平翅片表面空气流动及换热过程进行了数值模拟，研究了换热器内空气的流动特性以及空气与翅片对流换热过程，同时应用场协同原理对对流换热过程进行了进一步的分析。1物理模型描述平翅片换热器

7、相关结构参数如图1所示，铝制翅片厚度0.11mm，内部铜管外径9.52mm，管间距为21.7mm，排间距为25mm。计算区域取在两片翅片之间，中间部分分为流体区，取两片翅片厚度的一般为边界，给定周期性边界条件。为了减小空气入口效应以及出口回流，向外延伸进出口约5倍管径（图1即为延长进出口后的平翅片结果参数图）。2数学模型及其求解2.1数学模型针对上述物理模型，现对换热过程作如下简化：(1)流体物性参数随空气温度变化甚微，近似为常数；(2)流体在壁面上无滑移；(3)流动是定常的，且是对称的；(4)不考虑自然对流及辐射换热的影响；(5

8、)忽略铜管与翅片之间的接触热阻；(6)由于翅片厚度远小于翅片高度，认为翅片厚度所在的三个侧面换热为零。基于上述假设,得到描述该问题的数学模型，列出主要控制方程如下：连续性方程：（1）动量方程：9（2）空气侧能量方程：（3）固体区域内的传热方程：（4