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基于场协同理论的翅片管蒸发器管外强化换热研究

陈洁璐  
【摘要】:换热器由于换热效果好、体积小等优点被广泛应用。翅片管式换热器作为空调系统中最常用的部件,其换热效率的提升对于我国的节能减排,以及经济的发展具有重要作用和意义。本文利用计算流体力学方法,对换热器干湿工况进行了数值模拟与实验研究。对平直翅片、波纹翅片和百叶窗翅片建立三维模型,采用用户自定义函数进行湿工况下水蒸气凝露过程中质量源相和能量源相的添加,完善传热和传质过程;对经典翅片在干、湿两种工况下进行换热和阻力特性进行研究;此外,模拟结果根据实验结果进行可行性分析,误差在6%-14%,符合精度要求。最后根据流场中速度和温度协同性分布进行结构优化,以达到强化传热的目的。由于湿工况下流体的换热过程发生了相变,因此湿工况下总换热系数远远大于干工况下的换热系数。湿工况下平片的Nu大约是干工况下的1.1倍,波纹片为1.21倍,百叶窗为1.28倍;但湿工况下的阻力系数相较于干工况高,百叶窗的摩擦因子f是干工况1.56倍,波纹为1.28倍,平片受干湿工况的影响较小,为1.08倍。而且空气流经铜管时发生了圆柱绕流现象,背风侧处存在滞留区域,协同性差,换热能力弱;百叶窗翅片和波纹翅片,由于增加了对流体的扰动,因此整体的协同性较平片有所改进,换热效果提升。最后针对流场中协同性较差的区域进行强化传热,优化翅片结构。开缝平片的j/f相比于原平直翅片提高了9.75%,桥片的j/f比百叶窗翅片的j/f高4.55%。


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