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:123530
边缘效应对小型平直翅片管束传热和阻力
性能的影响
马挺,褚雯霄,喻澎清,曾敏,王秋旺*
(西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,西安 710049)
(Tel: 029-82663502, E-mail: ******@.)
摘要:本文通过数值模拟方法对四排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%,努赛尔数小15%-18%,可以分别计算简化对称模型和边缘效应并结合本文提出的公式快速计算小型平直翅片管束的传热和阻力系数。
关键词:平直翅片管;边缘区域;传热;阻力
0 前言
在制冷、空调和电厂等行业,翅片管换热器得到了广泛地应用直翅片、波纹翅片、百叶窗翅片、开缝翅片和带纵向涡翅片等各种强化换热表面开展了大量研究。Wang等人[1-2]通过试验研究了管径、翅片间距和管排数等参数对平直翅片管传热和阻力性能的影响,并且拟合了较为通用的试验关联式。针对大管径和多管排的翅片管换热器,Tang等人[3]比较了平直翅片管、开缝翅片管和带纵向涡发生器翅片管的传热和阻力性能。在数值研究方面,Xie等人[4]采用SIMPLE算法,研究了进口雷诺数、管排数、管径、管间距、翅片间距和翅片材料对大管径平直翅片管传热和阻力性能的影响,Tao等人[5-6]研究了开缝位置对翅片管换热器传热和阻力性能的影响,提出的“前疏后密”的开缝布局可有效地提高换热性能,同时阻力增加较少。为了强化换热,换热管往往采用叉排布置,则存在如图1(a)所示的非对称边缘区域,在数值计算中,为了减少计算量,往往忽略边缘区域,而采用如图1(b)所示的简化对称计算模型[4-6]。但是,随着换热器小型化的发展趋势,一些小型翅片管换热器的单排换热管数量相对较少,这种边缘区域在总换热区域中所占的比重较大,假如仍然采用大型翅片管换热器试验关联式或者简化对称模型求得的关联式来设计小型翅片管换热器,可能会引入较大误差。本文将以平直翅片管为例,采用数值方法研究边缘区域对小型翅片管束传热和阻力性能的影响效应,为工程设计提供理论依据。
1 小型平直翅片管束的数值模拟
物理模型的建立
本文研究的平直翅片管物理模型如图1(a)所示,管排数N =4,奇数排布置6根换热管,偶数排布置5根换热管,称之为6-5-6-5叉排布置,由于在最上面一列和最下面一列的偶数排空间不足以布置换热管而出现了非对称的边缘区域。在数值计算文献中,往往采用如1(b)所示的简化对称计算模型,但是,当单排换热管数量较少时,这种简化方式可能会引入较大误差,因此,本文将首先根据几何对称性,采用如图1(c)所示的整体
模型对翅片管束的实际换热和阻力性能进行分析,并与对称模型的计算结果进行对比。
资助项目:国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(No. 51120165002)资助
图1 平直翅片管物理模型
在简化对称模型中,根据平直翅片管在y方向的几何形状对称性,计算区域选择相邻两个翅片之间区