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《板翅式換熱器翅片表面性能的三維數(shù)值模擬_李媛》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、石油機械10CHINAPETROLEUMMACHINERY2006年第34卷第7期專題研究*板翅式換熱器翅片表面性能的三維數(shù)值模擬12李媛凌祥(1江蘇海事職業(yè)技術(shù)學院機電系2南京工業(yè)大學)摘要采用計算流體動力學(CFD)方法對板翅式換熱器單通道流場進行了數(shù)值模擬。得出不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)下3種常見翅片的表面性能曲線,并分析了平直翅片的翅片高度和翅片間距、鋸齒翅片的切開長度、波紋翅片的波幅與波距對翅片表面流動與傳熱性能影響。所得結(jié)論可為板翅式換熱器的設(shè)計和優(yōu)化提供有益的參考。關(guān)鍵詞板翅式換熱器翅片表面性能三維數(shù)值模擬參數(shù)對翅片表面
2、傳熱與流動阻力的影響。引言數(shù)值計算方法板翅式換熱器由于其傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、適用性廣等特點,在石油化工、空氣分離、1控制方程航空航天、制冷空調(diào)等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應連續(xù)方程(質(zhì)量守恒方程)、動量方程、能量用。板翅式換熱器的傳熱與流動阻力性能主要決定[7]方程和組分方程(或稱擴散方程)統(tǒng)一形式為于翅片的表面特性,因此翅片的表面特性數(shù)據(jù)是準[1](!)+div(u!+J!)=S!確設(shè)計板翅式換熱器的基礎(chǔ)。美國斯坦福大學t[2]的Kays和London曾對緊湊式換熱器表面進行了式中流體密度;較系統(tǒng)的實驗研究,提供了40多種翅片形狀的板u速度矢量;翅式翅片的傳熱
3、和阻力曲線圖。而計算流體動力學divu速度場的散度;(CFD)方法的應用與發(fā)展使得許多流體和傳熱工!通用形式應變量;程實際問題不再局限于漫長而復雜的實驗研究。國J輸運通量;外Patankar和Spalding教授最先應用數(shù)值模擬的方S源項。法進行管殼式換熱器的研究工作。Sha和Yang等對于!=1,J!=0,S!=0,上式就是連續(xù)方人采用多孔介質(zhì)模型對液態(tài)金屬換熱器和蒸汽發(fā)生[3]程;而對于!表示um,h或mi,上式就分別代表器進行了模擬計算。Jinn-yuhJiang等人采用三動量、能量或組分平衡方程。對于穩(wěn)態(tài)不可壓縮單維數(shù)值模擬方法研究了翅片管換熱器的流
4、動與傳熱[4]組分流動,上式中!變量對時間的偏導為零。性能。國內(nèi)張站、侯海焱等人采用二維數(shù)值模2邊界條件擬方法研究了鋸齒翅片緊湊式換熱器表面特[5,6]由于板翅式換熱器的心體是由若干冷、熱流體性。由于板翅式換熱器的流道結(jié)構(gòu)復雜,其三通道釬焊疊置而成的,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜,同時考慮由維數(shù)值模擬研究未見報道。不同形式和規(guī)格翅片組成的不同通道排列方式和流筆者以3種常見的翅片表面(平直翅片、鋸齒翅片、波紋翅片)為研究對象,利用標準k-動形式的心部傳熱與流動特性,不僅需要合理的幾雙方程湍流模型求解三維Navier-Stokes方程,模何簡化模型和計算模型,而且還需要足夠的計算機擬和分析板翅式換熱器單通道
5、不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作硬件條件和計算時間。因此,筆者取板翅式換熱器*基金項目:江蘇省自然科學基金資助項目(BK2004214)。2006年第34卷第7期李媛等:板翅式換熱器翅片表面性能的三維數(shù)值模擬11的基本結(jié)構(gòu)為研究對象進行建模、計算,即分析了圖3為不同翅高h(h=65、95、103mm)由翅片、隔板、封條組成的單個通道內(nèi)部的傳熱與的平直翅片表面性能的變化規(guī)律:隨雷諾數(shù)的增流動特性。翅片類型包括平直翅片、鋸齒翅片和波加,傳熱因子j和摩擦因子f均呈單調(diào)遞減;在相紋翅片。同的雷諾數(shù)下,h=95mm的翅片傳熱性能最好,采用控制容積法對計算區(qū)域作離散化處理,k但摩擦因子(
6、壓力降)也最大;h=103mm的翅-雙方程模型考慮湍流對流動與傳熱的影響。采片次之;h=65mm的翅片傳熱性能最差,但壓力用分離變量法隱式求解,保證收斂的穩(wěn)定性;壓力降也最小。和速度耦合采用SIMPLE算法。質(zhì)量和能量計算殘-6差控制在10數(shù)量級。流體介質(zhì)為穩(wěn)態(tài)不可壓縮的空氣。(1)進口條件:給定流體速度、溫度及相應的湍流條件。(2)出口條件:給定壓力及適當?shù)幕亓鳒囟取?3)固壁條件:上下隔板與翅片,給定壁面溫度和厚度;兩側(cè)封條為絕熱邊界。計算結(jié)果與分析1平直翅片平直翅片的結(jié)構(gòu)及特征參數(shù)(h、s)如圖1所示。其縱向截面的溫度分布如圖2所示。平直翅片的特點是有很長的帶光滑壁的長方形翅片
7、,其傳熱圖3翅高對平直翅片表面性能的影響特性和流體流動特性與流體在長的圓形管道中傳熱圖4為翅片間距s(s分別為14、17、20和流動特性相似。傳熱因子j和摩擦因子f是衡量mm)對其表面性能的影響:隨雷諾數(shù)的增加,傳翅片表面?zhèn)鳠崤c流阻特性的2個重要指標,其計算熱因子j和摩擦因子f均呈單調(diào)遞減;在相同雷諾公式參見文獻[8]。數(shù)下,隨翅片間距增大傳熱性能明顯升高,壓力降也明顯增大。因此,要獲得較高的傳熱效果
