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:123614
错流板翅式空气/滑油散热器
换热性能研究
赵佩国,王锁芳,艾俊峰
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E-mail:zhaopeipeinihao@
(南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016)
摘要:以错流板翅式空气/滑油散热器为研究对象,运用标准模型分别对滑油侧的锯齿翅片及空气侧的波纹翅片的3维模型进行了数值计算,揭示了滑油侧锯齿翅片及空气侧波纹翅片的当地努塞尔数沿x、y、z方向变化趋势、滑油及空气侧平均努塞尔数和压降随Re变化规律。研究表明:随着x、y、z变化,当地努塞尔数变化规律较为复杂;滑油及空气侧平均努塞尔数随Re增大而增大,压力损失随Re的增大而迅速增大。
关键词:散热器;锯齿翅片;波纹翅片;数值计算
0引言
目前航空发动机上所使用的空气-滑油散热器基本上是管壳式的,既增加了飞机的质量,换热效率又不高。随着科学技术的发展及制造工艺的提高,错流板翅式换热器由于换热效率高、质量轻、安装布置灵活方便等优点,已经在化工等领域大规模应用。
针对板翅式散热器流动与换热特性,许多学者对翅片结构参数和流动参数的影响进行了大量的探索研究。美国的Kays和London对56种翅片结构的流动及换热进行测量,得出实验数据,成为设计板翅式换热器的基本参考文献[1]。凌祥等采用计算流体动力学(CFD)方法对板翅式换热器单通道流场进行了数值模拟得出不同结构参数和操作参数下三种常见翅片的表面性能曲线,并分析了平直翅片的翅片高度和翅片间距、锯齿翅片的切开长度、波纹翅片的波幅与波距对翅片表面流动与传热性能影响[2]。
前人对各种翅片结构的数值模拟结果进行分析时,采用的都是各个方向的平均值,而本文错流板翅式空气-滑油散热器进行数值模拟,采用了由整体到局部的模拟方法,并对滑油侧及空气侧翅片沿不同方向努塞尔数数的变化规律换热性能进行数值分析,在此基础上总结了滑油侧及空气侧平均努塞尔数及压力损失曲线。
1计算模型及数值方法
散热器整体模型示意图如图1所示,从图中可以看出流动方式为错流,换热器两端用封头封住,滑油沿红色箭头流过散热器,空气沿蓝色箭头流过散热器。滑油和空气通过翅片及隔板进行热量的交换。滑油侧及空气侧翅片结构如图2所示,其中滑油侧翅片为锯齿形,,,长度为5mm,翅片间距
为2mm;空气侧为波纹翅片,翅片角度为为5。翅片高度为9mm,,长度为5mm,翅片间距为3mm。
图1错流板翅式散热器整体模型
图2(a)滑油侧翅片
图2(b)空气侧翅片
图2 散热器翅片模型图
由于散热器实际尺寸较大,进行整体数值模拟网格量较大,实现起来比较困难。因数值模拟过程分两步进行。第一步,简易周期模型。其一个周期模型如图3所示。在这一模型中包含两个1/2高度波纹翅片的空气层,一个锯齿翅片高度的滑油层和两块隔板。采用周期性结构化网格对模型进行网格划分。这一步数值模拟所得到的空气侧隔板平均温度将用于下一步的数值模拟。
图3 第一步数值模拟模型图
图4(a)滑油侧物理模型
图4(b)空气侧物理模型
图4 第二步数值模拟模型图
第二步,对滑油侧、空气侧的翅片通道进行数值模拟。在整个换热过程中