振动作用下平直翅片管结霜初期微液滴运动过程数值模拟

平直翅片管换热器在低温高湿环境中工作极易发生结霜现象,造成能耗增加、故障率升高,而对结霜初期的微液滴施加振动作用可以加速微液滴的滑落过程从而达到抑制结霜的效果。对结霜前期微液滴的生长过程进行数值模拟分析,并通过文献值验证了数值模拟的可靠性,然后利用不同时刻的微液滴数据,通过数值模拟的方式,研究不同振动频率作用下微液滴的运动特性,最后搭建试验平台进行验证。研究结果发现,不同体积的微液滴对应的最优振动频率有所不同,当微液滴体积较小时,较高的振动频率使微液滴在基管壁面来回振荡,不易滑落,当微液滴体积较大时,较高的振动频率有利于微液滴克服壁面摩擦力,有利于液滴滑落。

板翅式换热器平直翅片表面流动及传热特性

为了提高板翅式换热器的换热性能,采用CFD数值模拟方法,研究了翅片结构参数和入口Re数对板翅式换热器平直翅片的表面传热与流动阻力特性的影响。研究结果表明:当流体被加热时,翅片通道内部靠近固体壁面的流体温度较高,通道中心主流体区温度较低。流体在翅片通道内的温度分布呈一定梯度,靠近一次表面的流体温度梯度较大,而靠近二次表面的流体温度梯度较小。随着翅片高度和翅片间距的增加,平直翅片的表面传热因子和摩擦因子增大。而且,增加翅片的厚度,可在一定程度提高其换热性能,但翅片厚度存在一个最优值。研究结果可为板翅式换热器的优化设计提供理论指导。

板翅换热器平直翅片的传热与阻力性能试验

对11种不同结构参数的紧凑式板翅换热器平直翅片的传热和流动阻力进行了试验研究,分析比较平直翅片间距、翅片高度、翅片长度对其传热和流动阻力的影响。结果表明,翅片间距对传热和流动阻力影响较小,而翅片长度和高度对其传热和流动阻力有重要影响。同时对11种翅片的220个试验数据点进行了j因子和f因子的试验关联式拟合,拟合关联式的误差范围为±10%。

基于FLUENT的板翅式换热器平直翅片数值模拟

为了对比板翅式换热器不同平直翅片的换热性能,采用CFD软件FLUENT数值模拟计算方法,研究了空气在三角形和矩形不同结构参数翅片中的表面传热与流动阻力特性。揭示了2种形状不同结构参数翅片中流体的速度对翅片表面换热因子和翅片表面摩擦因子的影响规律;并用CFD-Post分析了各参数在翅片中的分布情况。结果表明:在所有翅片中,翅片表面换热因子和翅片表面摩擦因子都随着流体速度的增大而减小;在三角形翅片中,翅片表面摩擦因子由翅顶部位对称向翅底两端均匀递减,在翅底两端最边缘附近分布最小;在矩形翅片中,翅片表面摩擦因子在翅片中部分布比较均匀,在翅片两端最边缘附近突然变小。

板翅式热交换器平直翅片流动与传热性能试验研究

通过空气-水传热试验,对平直翅片的流动传热性能进行了研究.试验结果表明,空气流速2.2～5.6 m/s时,翅片间空气侧的对流传热系数为50～141 W/（m^2·℃）,流动摩擦压降为40～90 Pa.实现翅片高效换热的空气流速是2.2～3.7 m/s,对应的翅片总效率在0.85～0.92.

平直翅片管翅式换热器流动与传热数值模拟

采用Fluent软件,建立了考虑边界加密的六面体网格模型,对平直翅片管换热器通道内的传热与流阻进行了数值模拟计算。得到了传热系数与Fanning流阻系数f的沿程分布,以及速度、温度分布。同时,得到了不同操作参数下的平均Nu和Fanning阻力系数f,为进一步采用强化传热措施打下基础。

双排平直翅片管换热器换热和流动性能的三维稳态模拟

利用三维稳态模拟研究了叉排和顺排布置形式、几何尺寸和雷诺数ReD对双排平直翅片管换热器换热和流动特性的影响。研究结果表明:尾流区面积是影响换热量的主要因素,其原因是尾流区的风速很小,部分空气无法被主流带走,造成了空气和翅片间的温差很小,努塞尔数NuD接近零;顺排管换热器前排管的尾流区较宽,并与后排管的连接形成宽度为D的尾流通道,形成了比叉排管换热器大的尾流区面积,因而前者的换热效果比后者差。在几何参数中,翅片间距对换热量的影响最为显著,因为翅片间距较大时,管前和管侧会产生向下游移动的马蹄形漩涡,显著强化了换热;流动方向或垂直于流动方向的管间距的减小,会增大前排管尾流区对后排管的影响,从而恶化传热。

平直翅片和开缝翅片换热器特性的数值模拟

翅片管式换热器作为制冷和空调装备中的一种重要设备,具有结构紧凑、制造简单、适用范围广等特点,它的运行状况直接关系到整个换热系统性能的优劣。翅片管式换热器空气侧传热性能以及速度场、温度场分布对换热效果的影响一直是国内外学者研究的重点。利用CFD技术对圆管平直翅片和圆管开缝翅片换热器两种形式下外部空气与翅片的换热效果进行了数值模拟。结果表明,圆管开缝翅片换热器的换热效果更好。

扩散吸收式冰箱平直翅片管冷凝器数值模拟

对氨水扩散吸收式冰箱的平直翅片管冷凝器进行数值模拟,运用Fluent软件对空气不同流速下的流动与换热进行比较计算,得到平直翅片管冷凝器在自然对流下的温度场和速度场,及流速U与换热系数h,Re数与Nu数以及Re数与阻力系数f的拟合关系式。

3种平直翅片的散热能力分析与比较

从一维导热模型出发,推导建立了横截面分别为矩形、三角形、抛物线形的平直翅片的散热速率表达式,研究了它们在不同应用条件下各自的散热能力。研究表明:在充分利用给定单位空间(长方体或正方体)的情况下,矩形翅片具有最大的散热速率,三角形翅片、抛物线形翅片次之,抛物线翅片具有最大的单位体积(基于材料消耗)散热速率,其余二者次之。在给定材料消耗、给定翅片基底厚度与翅片宽度的情况下,随着外部换热系数的逐渐提高,3种翅片散热速率的相对大小会发生变化,逐渐从"抛物线形>三角形>矩形"变化到"矩形>三角形>抛物线形",翅片高厚比的大小决定了抛物线翅片在某个较小或较大的传热系数h值范围内保持相对于其余2种翅片的固有散热优势,而这种优势最终会被矩形翅片所代替。

平直翅片热管散热器的正交数值模拟优化

文中以平直翅片热管散热器为研究对象,研究了翅片厚度、翅片间距、翅片高度、翅片宽度和热管直径5个结构参数对翅片换热性能和阻力特性的影响,采用正交实验设计的方法设计了上述结构参数的15个组合方案,利用CFD数值模拟的方法对每个组合方案下翅片的流动换热性能进行了模拟。以努塞尔数Nu、阻力系数f、传热性能综合评价指标(Performance Evaluation Criteria,PEC)作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析挑选出性能最优的组合方案。该方法能快速获得散热器结构的优化方案,并分析出主要影响因素,对工程应用有一定的指导意义。结果表明:影响Nu和f的最主要因素是热管直径,影响PEC的最主要因素是翅片厚度。对于本文研究的散热器,其最优参数组合方案为:翅片厚度为0.6 mm,翅片间距为2.2 mm,热管直径为6 mm,翅片高度为65 mm,翅片宽度为28 mm。

板翅式换热器平直翅片传热特性

采用CFD数值模拟方法,研究了翅片结构参数对板翅式换热器的表面传热和流体阻力特性的影响。研究表明,当流体被加热时,翅片通道内部靠近固体壁面的流体温度较高。通道中心主流体区温度较低。流体在翅片通道内的温度呈一定梯度。随着翅片高度和翅片间距的增大平直翅片的表面因子和摩擦因子增大。研究结果可为板翅式换热器的优化设计提供理论支持。

翅片间距对平直翅片管换热器传热与阻力特性影响试验研究

为了获得翅片间距Pf对平直翅片管换热器的传热与阻力特性的影响规律,根据相似模化原理对3种不同Pf的平直翅片管换热器进行了试验研究。结果表明:雷诺数Rea在4 000~8 000范围内,努赛尔数Nua数随Rea的增大而增加,欧拉数Eua随Rea的增大而降低;同一Rea下,Nua随Pf减小而增加,但增加不明显,Eua随Pf增大而降低;同一Rea下,Pf越大,综合流动传热性能越好,但实际换热面积会减小,需综合考虑。研究成果可为汽轮发电机平直翅片管换热器的结构和性能优化提供依据。

基于流固热耦合的平直翅片管换热器结霜过程数值模拟

平直翅片管换热器结霜是湿空气、霜层和换热器结构多物理场交互作用的结果。基于流固热耦合计算方法,考虑结霜过程中霜层密度和导热系数的变化,定义更真实求解域边界,对三维平直翅片管换热器的结霜过程进行数值模拟研究。模拟计算得到的结霜量与实验值之间的平均误差为4.67%,较以往数值模拟方法得到的结果精度有所提升。计算对比了湿空气进口流速分别为1.0, 2.0, 3.0, 3.7 m/s,相对湿度分别为60%, 70%, 80%时霜层的生长情况。结果表明,霜层厚度沿气流方向不断降低,随着来流速度和相对湿度增加,生长速率增大。对空气侧换热系数的研究表明,在结霜初期,空气相对湿度越大,换热系数越大;在结霜后期,空气相对湿度越大,换热系数越小。

基于响应面法的矿用翅片管空冷器参数优化

矿用空冷器是矿井降温系统常用的末端设备,优化矿用空冷器换热性能对提升矿井降温系统能效具有重要意义。采用Fluent建立了平直翅片管矿用空冷器模型,研究了翅片间距、翅片厚度、横向管间距和纵向管间距对传热因子、阻力因子和综合性能评价指标的影响规律;采用Box-Behnken响应面法,分析了双参数协同作用下传热因子、阻力因子和综合性能评价指标变化规律。结果表明:随着翅片间距、横向管间距的减小,以及翅片厚度增加,传热因子、阻力因子和综合性能评价指标逐渐增加;综合性能评价指标则随纵向管间距的增加而先增加后降低;横向管间距、翅片厚度是影响空冷器传热及流动性能最显著的两个参数,而翅片间距、纵向管间距的影响最小;得到了平直翅片管矿用空冷器的最优参数,传热因子提升16.3%、阻力因子增加26.3%、综合性能评价指标提升8.3%。研究结果可为矿用翅片空冷器设计参数优化提供指导。

小管径空调冷凝器翅片的优化

空调小管径换热器可降低成本、减少制冷剂充注量,对实现节能减排意义重大。对5 mm单排管空调冷凝器的平直翅片进行优化,以代替一款7 mm单排管空调冷凝器。优化对象为管间距、片宽和翅片间距,优化目标为增大换热量、减小空气侧压降并降低成本。选用田口法进行实验设计和单目标优化,用灰色关联度分析和综合性能指标法进行多目标优化,最终优化结果为管间距16.0 mm,片宽16 mm,片距1.4 mm,换热量与D7管原型机持平,压降降低35%,成本降低26%,可成功代替7 mm冷凝器。

多种平直开缝翅片换热特性的数值研究

采用有限体积法商业软件FLUENT,应用SIMPLE算法对某管翅式换热器平直开缝翅片的换热特性进行了数值研究,并提出了多种改进翅片模型.将这些改进模型与原模型在相同仿真条件下进行3D数值对比分析,结果表明：翅片的形状、开缝位置对翅片的总换热量、平均压降和阻力系数等均有影响;在来流速度为5 m/s时,“前疏后密”的双向开缝翅可使传热提高11.8％,压降上升15.7％左右;双耳结构的旋转型翅片在Re=2 400～8 400时,可使传热提高5％～8.28％,压降仅提高0.25％～0.83％,综合性能最佳,为管翅式换热器翅片的设计提供了有益的参考.

湿工况下平直翅片对流传热传质数值研究

建立了湿空气流经平直翅片通道并伴有凝结现象发生的三维对流传热传质的数值模型,在空气进口雷诺数Re为190～3770,进口相对湿度φ_(in)为50%～90%的范围内,对干湿两种工况,平直翅片通道内的换热流动进行了对比研究。结果表明:湿工况换热系数为干工况换热系数的2.8～3.1倍,干工况翅片效率比湿工况翅片效率高35.8%～41.9%。当翅片为部分湿工况时,翅片效率随进口相对湿度的增大而增大,换热系数随进口相对湿度的增大而减小;当翅片为全湿工况后,进口相对湿度对翅片效率和换热系数的影响微弱。

边缘效应对小型平直翅片管束传热和阻力性能的影响

本文通过数值模拟方法对四排管叉排布置的小型平直翅片管束的传热和阻力性能进行了研究，分析了边缘效应对小型翅片管束传热和阻力性能的影响，结果表明，6-6—6—6布管方式优于6-5—6—5布管方式，在只有较少换热管的小型翅片管换热器中，边缘效应不可忽略，实际整体模型的阻力系数比文献中常用的简化对称模型小13％-14％，努塞尔数小15％-18％，本文提出的公式可用于快速而准确地估算小型平直翅片管束的努塞尔数和阻力系数。

高温下平直翅片管传热与阻力特性的数值研究

本文通过数值模拟方法对平直翅片管燃气侧在高温和常温两种不同环境中传热与阻力特性进行了对比研究。数值模拟结果表明,燃气进口温度对Nu数影响较大,温差对阻力系数f影响较大,辐射对Nu数影响较大,对阻力系数f影响很小。高温换热器用平直翅片管的传热与阻力特性不同于常温条件下的平直翅片管,在热力设计中平直翅片管常温下的传热与阻力规律不能直接推广到高温环境。