【摘要】：翅片管換熱器具有較高的換熱性能,目前已廣泛應(yīng)用于航天、化工、制冷等行業(yè)。在換熱器的應(yīng)用過程中,需要在原有換熱器的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,增強(qiáng)換熱性能,提高能源的利用效率。本文以空冷式平直形翅片管換熱器為研究對(duì)象,采用Gambit軟件建立換熱器模型,利用FLUENT軟件對(duì)換熱過程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析優(yōu)化后換熱器的換熱特性和阻力特性,并研究渦流發(fā)生器個(gè)數(shù)、渦流發(fā)生器高度、翅片厚度、翅片管外半徑、翅片間距、翅片管橫向管間距等因素對(duì)換熱性能的影響。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)建立翅片管換熱器模型,以初始平直形翅片和波紋形翅片為比較對(duì)象,研究平直形翅片優(yōu)化后溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)與對(duì)流換熱系數(shù)的變化情況,分析通過加裝渦流發(fā)生器這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式的強(qiáng)化換熱機(jī)理。(2)采用控制變量的方法,改變翅片管換熱器入口介質(zhì)的流速,研究?jī)?yōu)化前后換熱器換熱性能的變化。優(yōu)化后的平直形翅片單位換熱量平均壓降是優(yōu)化前的1.09倍,努賽爾數(shù)增大了11%-23%,阻力因子增加了5%-12%,優(yōu)化后翅片管換熱器具有更好的綜合換熱性能。(3)在優(yōu)化后的平直形翅片基礎(chǔ)上,研究換熱介質(zhì)流速,以及渦流發(fā)生器個(gè)數(shù)和高度對(duì)換熱器的換熱量和阻力損失影響。隨著換熱介質(zhì)流速的增大,壓降增大,換熱能力增強(qiáng);在換熱介質(zhì)流速一定時(shí),隨安裝渦流發(fā)生器個(gè)數(shù)的增加,對(duì)流換熱系數(shù)與壓降均增大,當(dāng)渦流發(fā)生器的個(gè)數(shù)增加至6個(gè)以上時(shí),對(duì)流換熱系數(shù)的增大幅度下降,壓降增大;在換熱介質(zhì)流速與渦流發(fā)生器個(gè)數(shù)一定時(shí),隨渦流發(fā)生器高度的增大,對(duì)流換熱系數(shù)與壓降增大,當(dāng)高度增大至1.2mm時(shí),對(duì)流換熱系數(shù)的增大幅度下降,壓降持續(xù)增大。(4)研究換熱介質(zhì)流速,以及翅片厚度、翅片管外半徑、翅片間距、翅片管橫向管間距對(duì)優(yōu)化后翅片管換熱器換熱性能的影響。結(jié)果表明:翅片厚度由0.1mm增大至0.18mm時(shí),對(duì)流換熱系數(shù)小幅增大,壓降增大,換熱性能改善程度較小;翅片管外半徑由3.8mm增大至4.4mm時(shí),對(duì)流換熱系數(shù)與壓降均有較大幅度增大;翅片間距由1.6mm增大至1.8mm時(shí),對(duì)流換熱系數(shù)增大,壓降減小,當(dāng)繼續(xù)增大至1.9mm時(shí),對(duì)流換熱系數(shù)減小,壓降減小,流動(dòng)阻力減小;翅片管的橫向管間距由16.8mm增大至32.8mm,對(duì)流換熱系數(shù)與壓降減小。即通過選取合適的翅片間距、翅片管外半徑、翅片管橫向管間距可以進(jìn)一步提升優(yōu)化后的平行形翅片管換熱器的換熱性能。
【圖文】：

2 強(qiáng)化換熱與數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)2 強(qiáng)化換熱與數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)管換熱器換熱特點(diǎn)片管換熱器構(gòu)造和工作原理管換熱器主要是由翅片、基管、外殼等組成，其中翅片管是翅片管熱交換元件，如圖 2-1 所示為翅片管換熱器實(shí)物圖。翅片管換熱器的主要分為圓扁平管這三類，翅片通過與管壁相連接實(shí)現(xiàn)冷熱流體的熱量交換，由在基片，可以使得換熱器的換熱面積增大，使得換熱器實(shí)際換熱量增加，提升于翅片管換熱器的翅片可以單獨(dú)裝在單根管子上，也可以同時(shí)裝在多根管[63]。

.2 翅片管的類型翅片管是翅片管換熱器中的核心部分，在對(duì)翅片管進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造時(shí)候，應(yīng)當(dāng)導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、耐高溫、耐高壓、容易清理等因素的影響。翅片按其在管方式，可分縱向和橫向翅片兩大類。其它類型的翅片管換熱器都是這兩種類型在對(duì)翅片管換熱器進(jìn)行研究設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)換熱介質(zhì)的流動(dòng)方向和換熱的方翅片管換熱器的種類。如圖 2-2 所示為不同類型的翅片，在對(duì)換熱的翅片選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)翅片對(duì)翅換熱特性的影響，來選擇翅片的類型、尺寸和加裝的位置。通常根據(jù)熱擴(kuò)散率翅片的位置，當(dāng)翅片管內(nèi)外側(cè)熱擴(kuò)散率 α 相差較大時(shí)，翅片通常裝在熱擴(kuò)散率一側(cè)；當(dāng)內(nèi)外側(cè)擴(kuò)散率 α 相接近時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用和制造難度，在基管均增加翅片或者內(nèi)加螺旋體外加翅片等方法，增加換熱介質(zhì)的擾動(dòng)，，破壞流動(dòng)強(qiáng)化換熱。通常翅片的形狀為圓形和矩形，常見的翅片類型有平直形翅片、波、百葉窗形翅片。
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK172

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 秦萌;尤學(xué)一;;波紋穿圓孔翅片管換熱器換熱特性的數(shù)值模擬[J];天津城建大學(xué)學(xué)報(bào);2015年05期

2 陳威;談?dòng)烂?;換熱器節(jié)能降耗技術(shù)分析[J];中國(guó)化工裝備;2015年02期

3 張凡;李兆輝;李曉宇;丁靖;陳磊;陶文銓;;不同材料翅片管換熱器特性的試驗(yàn)研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2015年05期

4 陳鵬飛;馮立斌;程國(guó)鵬;;圓形開孔翅片管式換熱器傳熱特性的數(shù)值模擬[J];工業(yè)爐;2014年06期

5 劉延斌;;換熱器節(jié)能設(shè)計(jì)分析[J];河南科技;2014年18期

6 錢伯章;;換熱器節(jié)能技術(shù)綜述[J];化工裝備技術(shù);2014年04期

7 孔曉鳴;李炅;周到;何亞峰;張茹;魯琳琳;;小管徑橢圓管開縫翅片換熱器的數(shù)值模擬[J];制冷與空調(diào);2014年04期

8 金聽祥;曹玉龍;羅志明;馬秋陽;;采用銅鋁復(fù)合管的翅片管換熱器換熱性能數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[J];制冷學(xué)報(bào);2014年01期

9 張苗;許強(qiáng);;翅片換熱器管外流體流動(dòng)的數(shù)值模擬[J];機(jī)械與電子;2013年10期

10 熊丹桂;;換熱器節(jié)能技術(shù)的研究[J];中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品;2013年13期

本文編號(hào)：2649377