一种环状布置三角形波纹开缝圆管翅片的研究论文_彭三国,李兆辉

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摘要:基片表面上强化传热结构,带来对流体的扰动均会增加泵功,不同形状翅片的强化机理不同,效果也不一样。本文提供一种三角形波纹开缝换热表面,采用FlUENT模拟仿真,对比了不同流速下,本文翅片和平片、百叶窗的换热效果,结果表明本文提出的翅片在流速越高综合效果越好。

关键词:开缝翅片、强化传热

1引言

换热器的主要用途是由温差进行热量的交换。空调系统中的蒸发器和冷凝器通常设计为管翅式换热器,制冷剂在管内冷凝或蒸发,传热系数成千上万,管外为空气强制对流,传热系数几十到上百。因此80%以上的热阻集中在管外侧。为了增强传热,通常在铝片上冲有圆形通孔,在通孔上穿插铜管,然后胀管使得铜管与铝片紧密接触。铝片表面的翅片形状决定了空气流场与温度场的分布,直接影响空气侧传热效率。本文提出一种环状布置三角形拱形开缝圆管翅片,综合性能优,适合应用在空调换热器装置上。

2 仿真结果和分析

本文提供一种三角形波纹开缝换热表面,圆管上套有基片,基片上沿着流体流动方向冲有凹凸相间的三角形波纹,和圆管共用圆心,呈圆环状布置,离圆管最远的基片边缘开有一条直线波纹增强传热。图1是本文的整体结构示意图。图2是图1的A-A截面发大图。为了强化空气侧对流传热,提供了一种三角形波纹开缝翅片表面圆管翅片。换热圆管上套有若干组基片,在基片上沿着换热管的周围冲压有若干凹凸相间的三角形波纹开缝(见图2),呈圆环排列。图3是本文的三维立体图。

图3 三维立体图

采用FLUENT模拟仿真本文的翅片和平片、百叶窗在不同流速下的换热效果。图4,图5分别是空气来流以风速2m/s掠过百叶窗和本文时某截面的温度分布云图。从温度分布云图可看出,百叶窗翅片第二排圆管后部温度存在一个很大的等温区域,圆管后部以导热扩散为主,对流传热偏弱。

图5 本文截面的温度分布云图

图6是本文和平片、百叶窗传热性能对比图,横坐标是摩擦因子f乘以雷诺数Re3,代表消耗相同泵功。流速从1m/s到4m/s,对应来流雷诺数908~3633。纵坐标是传热量比值Q/Q0。从图6可看出,在不同来流速度,本文提出的翅片比平片在传热能力高出20%~52%,流速1m/s时比百叶窗能力偏低5%,本文提出的翅片在低流速时对流体的混合不如百叶窗强烈。流速在2~4m/s范围内,本文提出的翅片比百叶窗翅片在相同耗功条件下传热能力高出5%~16%。从图6可以看出,流速越高,本文提出的翅片对比平片和百叶窗翅片综合效果越好。

图6 本文和平片、百叶窗传热性能对比图

图7是本文和平片、百叶窗传热性能对比图,横坐标是摩擦因子f乘以雷诺数Re3除以努赛尔数Nu,纵坐标是面积比。图7代表了在消耗相同的泵功,维持相同传热量的条件下,本文提出的翅片与对比的翅片面积比。从图中可以看出,流速从1m/s到4m/s,本文提出的翅片对比平片可以节省19%~37%的传热面积。流速从2m/s到4m/s,对比百叶窗可以节省5%~15%的传热面积。流速越高,节省面积百分比越大。

图7 本文和平片、百叶窗传热性能对比图

3结论

本文提出的翅片利用了强化传热的原理,提供了一种高效低阻的翅片表面,较大的提升了管翅片式换热器空气侧的传热与阻力性能。本文提出的翅片对比平片在来流速度1~4m/s范围内同泵功约束条件下高出了20%~52%,对比百叶窗翅片1m/s时能力偏低5%,2~4m/s时能力高出了5%~16%。仿真结果表明本文提出的翅片在低流速下混合不如百叶窗强烈,本文提出的翅片在流速越高综合效果越好。

参考文献:

[1]Zeng M,Tang L H,Lin M,et al.Optimization of heat exchangers with vortex-generator fin by Taguchi method[J].Applied Thermal Engineering,2010,30(13):1775-1783.

[2]Wu X,Zhang W,Gou Q,et al.Numerical simulation of heat transfer and fluid flow characteristics of composite fin[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2014,75:414-424

论文作者:彭三国,李兆辉

论文发表刊物:《建筑细部》2019年第6期

论文发表时间:2019/10/15

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一种环状布置三角形波纹开缝圆管翅片的研究论文_彭三国,李兆辉
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