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:123632
锯齿型翅片沸腾传热与流动的数值模拟
袁培1 易希朗2 何雅玲1 陶文铨1*
1西安交通大学能源与动力工程学院;热流科学与工程教育部重点实验室,陕西西安 710049
2四川空分设备(集团)有限公基金项目:国家自然科学基金项目资助(51136004, U0934005).
司;四川简阳 641400
*Tel:(029)82669106 E-mail: ******@.)
摘要: 本文采用RPI沸腾模型计算锯齿型翅片相变传热的可行性。分析了制冷剂在不同入口干度下的传热规律。研究结果表明当壁面热流密度一定时,压降随着入口干度增加而增加,换热系数随着入口干度增加而减小。本研究结果验证了采用RPI沸腾模型计算锯齿型翅片相变传热特性的可行性。
关键词:板翅式换热器,锯齿形翅片,RPI模型,相变换热,数值模拟
板翅式换热器由于其体积小,重量轻,广泛应用于制冷、空气分离、低温技术、化工等领域。
板翅式换热器主要由隔板和翅片组成一次和二次换热面来进行换热。在板翅式换热器内,冷热流体通过隔板和翅片(二次表面)组成传热面进行换热。常用的翅片形式主要有平直翅片,波纹翅片,打孔翅片和错列锯齿型翅片。图 1给出了锯齿型翅片实物图(a) 和板翅式换热器一层换热单元示意图(b) ,锯齿型翅片几何尺寸有翅片切开长度L,高度b,横向间距s和厚度t。
(a)锯齿型翅片实物
(b)锯齿型翅片几何结构
图 1锯齿型翅片
对锯齿型翅片的单相流动与换热已展开了大量的研究[1-5],并总结出了一些流动与换热关联式,应用较多是Manglik-Bergles关联式[4],该关联式综合了18种几何尺寸的锯齿型翅片的实验数据,预测摩擦系数精度在±20%。Bhowmik和Lee[2]用数值模拟方法给出了雷诺数在10-3500之间的流动和传热关联式。Wieting[6]、Kays和London[5]分别对23及21种不同几何尺寸的锯齿型换热器翅片进行了实验研究,他们的研究结果表明关联式受实验条件和制造精度的影响较大。
对板翅式换热器内相变换热(沸腾蒸发和冷凝换热)研究较少。由于相变过程换热流体具有较小的温差(1-2℃),蒸发和沸腾过程在较小的温差下进行,因此对换热器换热和流动的设计提出了更高的要求。目前在相变换热器设计过程中,基本上采用单相流经验关联式加修正因子的方法,比如Forster-Zuber关联式[7]和Chen关联式[8]。该方法在一定条件下会出现较大的误差(比如制冷剂物性及运行条件的变化)。Carey和Mandrusiak[9,10]对不同几何尺寸的锯齿型翅片沸腾传热进行了实验研究,给出了沸腾换热的实验关联式,随后他们采用有限差分的方法建立了锯齿型翅片相变传热的二维模型,计算结果和实验数据吻合较好[11]。目前一些研究者进行了通道内流体沸腾数值模拟研究并进行了可行性的实验验证[12-14],模型假设壁面为等热流或者等壁温,锯齿型翅片相变换热和通道内相变换热具有一定的相似性,但由于其结构的复杂性使得数值更为困难。
以上关于锯齿型翅片相变流动传热均是建立在实验基础上,所建立的模型有一定的局限性。由于翅片水力直径较小,当翅片结构、运行工况、制冷剂种类发生变化时,需要重新进行实验研究,这直接影