变翅高波纹翅片管换热器流动与换热特性的数值研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文变翅高波纹翅片管换热器流动与换热特性的数值研究摘要换热器作为工业生产中必不可少的热交换设备，广泛应用于动力、冶金、石油、化工、食品加工、低温制冷等领域。随着生产技术的发展，生产规模的扩大，各类能源的迅速消耗，新型节能降耗换热设备的研发已迫在眉睫。翅片管换热器由于具有换热效率高、结构紧凑等优点而受到研究人员的普遍关注，其中三角形波纹翅片管换热器不仅显著增加了空气换热面积，还改变了流体流动方向，加强了空气扰动，使换热能力增强。然而，在换热效果增强的同时必然会带来阻力损失的增加，为此需要对换热器的综合换热性能予以足够的重视。多数

2、翅片管换热器的基管采用圆管，而近年有以椭圆管取代圆管达到有效降低空气流动阻力损失的趋势，所以，对三角形波纹翅片椭圆管换热器的研究具有十分重要的理论意义及工程应用价值。本文采用FLUENT软件对变翅高三角形波纹翅片椭圆管换热器进行三维数值模拟。首先对均匀翅高的三角形波纹翅片管通道内的流动与换热特性进行平均与局部特性分析，以揭示波纹翅高影响的内在机理，继而对介于上述翅高间的变翅高波纹翅片管换热器通道内的流动与换热特性进行深入分析。随后分析翅片间距、翅片厚度、基管长短轴比等几何因素对翅高均匀递减波纹翅片椭圆管换热器换热与阻力特性的影响。最后对波纹与平直翅片组

3、合的复合型翅片管通道内的流动与换热进行数值模拟计算，旨在获得高效低阻的翅片管换热器型式，为翅片管换热器强化传热的研究提供I太原理工大学硕士研究生学位论文有价值的理论依据。计算结果表明，在相同压降和相同泵功条件下，翅高均匀递减波纹翅片在所讨论的几种翅片管换热器中综合换热性能最优。入口风速一定时，翅高均匀递减波纹翅片管存在最佳翅片间距，使翅片表面换热系数达到最大值，但空气进出口压降随翅片间距的增大逐渐减小；翅片厚度、基管横向间距及基管长短轴比对翅片表面换热系数的影响相对较小，空气进出口压降随翅片厚度的增加而增大，随基管横向间距和基管长短轴比的增加而减小；基

4、管为叉排排列时翅片表面换热系数比顺排的高，但其通道内空气的压力损失也比顺排排列的大。对六种波纹-平直复合翅片椭圆管换热器而言，空气流道的入口风速较小时，后两个波长为平直翅片的翅高递减波纹翅片的综合换热性能最好；入口风速较大时，翅高均匀递减波纹翅片为最优选择。关键词：变翅高波纹翅片，椭圆管，综合换热性能，数值模拟II太原理工大学硕士研究生学位论文NUMERICALSTUDYONHEATANDMASSTRANSFEROFWAVYFIN-AND-TUBEHEATEXCHANGERWITHCHANGESWAVYHEIGHTABSTRACTAstheessent

5、ialheatexchangerequipmentinindustrialproduction,theheatexchangersiswidelyusedinthefieldofpower,metallurgy,chemicalindustry,refrigerationandotherindustrialsystem.Newstylesofheatexchangerequipmenthasbecomemoreandmoreimportantwiththedevelopmentofproductiontechnology,theexpansionofp

6、roductionscaleandtherapidconsumptionofallkindsofenergy.Thetriangularwavyfincanenhanceheattransferperformanceoftheheatexchanger,becauseofincreasingtheairheattransferarea,changingtheairflowdirection,strengtheningtheflowdisturbance.However,wemustgivesufficientattentiontotheresistan

7、celossofairflowwhenconsideringtheheattransferperformance,inordertoenhancethecomprehensiveheattransferperformanceofheatexchanger.Inrecentyears,studieshavefoundthattheelliptictubehassmallerresistancelossthanthecirculartubewhichusuallyused.Inthispaper,3Dnumericalsimulationswereperf

8、ormedtoinvestigatethewavyfin-and-elliptictubehe