钢制椭圆管格栅式采暖散热器的研究.pdf

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1、吴斋烨等：钢制椭圆管格栅式采暖散热器的研究123钢制椭圆管格栅式采暖散热器的研究吴斋烨，齐嘉卉，董重成(1．中铁第四勘察设计院集团有限公司．武汉480068；2．吉林省产品质量监督检验院。长春130022；3．哈尔滨工业大学。哈尔滨150090)【摘要】散热器种类繁多且以圆管为主，而椭圆管散热器换热方面有着自己特有的优势。但是椭圆管的倾斜角度是可以变化的，倾斜角度不同散热器的散热量必然不同，文中将通过实验与模拟结合的方法给出最佳倾斜角度。【关键词】椭圆管散热器；倾角；散热量【中图分类号】TU832．1【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(201

2、1)04—0123—030引言当气流掠过椭圆管表面时，沿椭圆管长轴方向流过椭圆管表面的气流分离点随长短轴之比的增大而后移，在管子后面形成的漩涡区较小，能量损失也小，所以椭圆管的气动特性要好于圆管。当截面相同时，椭圆管的湿周比圆管大，也就是传热面积大，有利于图2椭圆管的倾斜角示意图与空气的换热，以上两点表明椭圆管散热器具有一定按照散热器和测试小室的实际尺寸用AUTOCAD的散热优势。建立模型，为了获得准确的数据将模型分为3部分，对椭圆管可以有不同的放置方式，如水平放置，竖各部分采用不同的网格密度，靠近散热器周边的网格直放置等，经实验测定同规格的椭圆管散热器

3、水平放划分较密，离散热器远的区域网格密度较小。椭圆管置时的散热量较竖直放置时要大约10％⋯，文中只研散热器的模型较为复杂，只能使用非结构网格才能划究水平放置状态下的椭圆管散热器，其结构形式如图分成功，考虑到四面体占用计算机资源小且具有较高1所示，称椭圆管截面长轴与竖直方向的夹角为倾斜的成功率，故采用四面体型的非结构网格对散热器周角0，如图2所示。文中所研究的散热器除椭圆管的边部分进行划分，离散热器较远的部分可使用结构网倾斜角度不同，其余尺寸均相同，散热器重量格划分，单个网格的形状为立方体，这样网格数量少为13．35kg。且质量高，中间部分用非结构网格进行

4、划分以将两侧网格连接起来。1．2模拟计算的边界条件与算法选择测试小室的六个壁面温度可以认为均匀分布，设置为第一类边界条件，温度为288K，小室内部壁面均涂有绿漆，辐射发射率为0．9。散热器表面温度也认为均匀分布，取第一类边界条件，模拟计算方案为对图1水平排列倾斜布置椭圆管散热器示意图每种倾斜角的椭圆管散热器进行三种供回水温度：95／1椭圆管散热器的模拟研究70、75／60、55／45oc的模拟计算，文中测试的椭圆管散利用CFD软件Fluent对椭圆管散热器进行模拟热器侧壁厚度为1．2mm，供回水平均温度与散热器表研究，该软件需使用配套的前处理软件提供计算

5、所用面平均温差约为5℃，故三种工况下散热器表面温的网格，使用AUTOCAD进行模型建立，用Gambit进度分别设置为350K、335K、318K。行网格划分。计算使用采用压力一速度耦合的SIMPLEC算法，1．1模型建立与网格划分压力离散方法采用BodyForceWeighted，动量和能量[基金项目]国家“十一五”既有建筑设备改造关键技术研究课题(2006BAJ03A05)124低温建筑技术2011年第4期(总第154期)方程采用二阶迎风差分格式离散。湍动能与湍耗散从表3可以看出，当椭圆管倾斜角度为45。时其方程使用一阶迎风差分格式离散。散热量最大，椭

6、圆管倾斜角度变大或变小都将引起散1．3模拟计算的结果热量的减小，当椭圆管的倾斜角度变小时，如图3所将模拟计算所得的散热器散热量与平均温差整示，椭圆管之间的辐射面积减小，椭圆管与房间壁面理成如式(1)所示的形式：的辐射面积增大，散热器的辐射散热量增大，同时椭q=A(ti—t)=A(△)(1)圆管之间的缝隙减小，不利于空气流动，使得两椭圆式中，q为散热器的散热量，W；￡为散热器进出管之间的局部温度升高，对流散热量减小，通过表4中口热水平均温度，cI=。的数据可知，在椭圆管倾斜角由45。减小到2O。的过程中，辐射散热量的增加量小于对流散热量的减小量，tpj=(

7、tg+th)／2(2)20。到0。过程中刚好相反，最终表现为椭圆管倾角20。式中，t为散热器进口处热水温度，℃；t为散热时的散热量最小，0。时有所增大。椭圆管倾斜角度由器出口处热水温度，℃；f为室内温度，采用小室内基45。变大时，两椭圆管之间的无效辐射面积增大，椭圆准点的空气温度，℃。管的辐射散热量减小，且随着倾斜角的增大，椭圆管其中基准点温度为距离测试小室地面中心点在水平面的投影面积增大，不利于热空气的上升，最1．5m高处的温度。将散热量和平均温差拟合成如式终表现为散热器的散热量减小。(1)的计算式，平均温差为散热器进出口温度(即设定的三种散热器表面温

8、度对应的散热器进出口水温)与室内基准点温度的差值，根据该计算式计算标准平均温差△