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竖直翅片管自然对流传热特性研究

金瑶瑶  
【摘要】: 翅片管作为一种高效强化传热元件广泛应用于各种换热设备中。由于翅片管结构形式多样和应用场合多变,对其进行深入的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文主要对竖直翅片管自然对流传热和流动特性进行数值计算和实验研究。 本文建立了竖直翅片管自然对流换热的数学物理模型,针对自然对流的传热特性确定了数值计算的具体实施方法,对其进行了数值模拟。为了减少计算量,引入正交实验法探讨基管高度H、翅片高度l、翅片夹角θ和翅间距S_1对竖直翅片管自然对流换热的影响。对于翅片管单管自然对流换热,散热量随管高的增加而增大,单位质量散热量随管高的增加而减小;翅片夹角一定,翅高在30mm,40mm,50mm,60mm和70mm之间变化时,单位质量散热量最大的是翅高70mm的翅片管;翅高一定时,翅片夹角过大或过小都不利于散热;当翅片夹角在30°,60°,90°,120°之间变化时,翅高70mm的翅片管在夹角30°时单位质量散热量最大,其他翅片管都在夹角60°时单位质量散热量最大。 为了探讨间距对翅片管换热的影响,本文对管高分别为400mm,500mm,600mm,700mm和800mm,翅间距分别为0mm,10mm,20mm,30mm和40mm的管排进行了数值模拟。间距的增大使管排的总散热量增大,单位体积散热量减小;管排的最佳间距随管高的增加有所增大,管高400mm的管排在翅间距0mm时最好,管高500mm和600mm的管排在翅间距10mm时最好,管高700mm的管排在翅间距20mm时最好,管高800mm的管排在翅间距30mm时最好。在对管排数和管高综合分析后得出:管排数的选取应尽量遵循多管低高度的原则。对翅片管换热中辐射换热的影响进行了分析。翅片管单管的辐射散热量占总散热量的比重为36.5%~49.2%,管排的辐射散热量占总散热量的比重为29%~39%;适当增加翅片高度、基管高度和管间距都有利于提高辐射散热量。在分析归纳大量的数值计算数据后,综合各种影响翅片管换热的因素,拟合出翅片管单管及管排的自然对流换热准则关联式。 建立了翅片管热工性能实验台,分别对翅片管单管与管排进行实验。实验数据与数值计算数据所得结论一致,虽然数值上仍存在一定偏差,但数据相对吻合。 上述研究结果为翅片管的整体优化和设计计算提供了有益的理论依据,对翅片管的生产和实际应用具有重要的指导意义。


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