文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123123
波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟
闵春华,齐承英,王恩宇,田丽亭,秦亚举
(河北工业大学能源与环境工程学院,天津,300401)
(Tel: 022-60205781, Email: ******@hebut.)
摘要在管翅式换热器空气侧开设组合翼纵向涡发生器,采用数值模拟的方法分析其流动与换热特性,并与矩形翼进行比较,分析了几种参数对流动与换热的影响。结果发现:纵向涡发生器在管后的距离对流动与换热的影响可忽略不计。纵向涡发生器开设在波纹翅片背风面时,换热效果更好;增加组合翼的辅翼攻角、辅翼长度和辅翼宽度均能增强换热和增加流动阻力。与矩形翼相比,%~%%~%;与矩形翼相比,在同一断面,组合翼产生的旋涡数量较多,旋涡影响范围更大,且旋涡的发展长度更长,因此组合翼具有较好的强化换热特性。
关键词强化传热; 纵向涡发生器; 组合翼; 数值模拟
0 前言
管翅式换热器广泛应用于航空、制冷、电子器件冷却等领域。由于空气侧换热热阻较大,成为强化传热的重点问题,如设计开缝翅片或百叶窗翅片等。纵向涡发生器作为一种被动式强化传热方式,也能有效增强管翅式换热器的传热特性。起初纵向涡发生器主要用于光通道的换热,如Tigglebeck等[1]的研究发现,在矩形通道内,一对三角形翼较一对矩形翼的换热效果好。Gentry和Jacobi[2,3]通过实验发现,在矩形通道内布置三角形翼能使换热增强50–60%。Hiravennavar等[4]发现三角形翼的厚度对换热的影响较小。为进一步提高纵向涡发生器的强化换热效果,文献中对纵向涡发生器进行了多种结构型式的设计。如Liou等[5]比较了12种纵向涡发生器结构的换热特性。Tian等[6]研究了三角形翼和矩形翼及其布置方式对流动与换热的影响。本课题组提出了一种新型的组合翼纵向涡发生器,获得了较好的流动与换热特性[7]。Lawson和Thole[8]比较了穿孔对三角形翼的传热特性的影响。Zhu等[9]发现粗糙条带与涡发生器相结合换热增强更明显。Eiamsa–ard等[10]则研究了管内扭曲带与三角形翼组合的强化传热特性。Aris等[11]利用记忆合金材料制作涡发生器得到了较好的换热效果。
在纵向涡发生器用于翅片管换热器的研究中,Pesteei等[12]发现管翅式换热器布置涡发生器后换热增强46%。Lemouedda等[13]研究了三角形翼的布置方式与结构对管翅式换热器换热性能的影响。Tian等[14]研究了波纹翅片布置三角形翼时的换热特性。
本文在课题组原有研究的基础上,在波纹翅片上开设组合翼纵向涡发生器,采用数值模拟的方法,研究其流动与换热特性。
1 物理模型
基金项目:国家自然科学基金项目(No. 51106041)
计算模型如图1所示。为保证计算时入口流速分布均匀和避免出口回流,在入口前增加五倍翅片间距的长度,在出口增加十倍翅片间距的长度。波纹翅片的主要几何尺寸
与文献[15]相同,如表1所示。
(a) 主视图
(b) 俯视图
图1 波纹翅片计算示意图
图2 组合翼示意图
表1 波纹翅片主要几何尺寸
参数
符号(单位)
值
管外径
D (mm)

管的