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列管式翅片油冷却器结构参数对传热性能的影响研究

范继珩  
【摘要】:列管式翅片油冷却器在注塑机械等领域的应用非常广泛,开展列管式翅片油冷却器的传热性能研究具有重要的工程实际意义。本文主要针对管间距等结构参数对列管式翅片油冷却器传热性能的影响进行实验与理论的定量研究,以期对相关工业的节能降耗及绿色轻量化生产制造提供参考依据。首先,本论文实验研究了不同管间距对列管式翅片油冷却器传热及阻力性能的影响,发现h=12.04mm的油冷却器传热系数最大,同比h=14.72mm、16.45mm、17.32mm、18.19mm的列管式翅片油冷却器的壳程传热系数分别提升了18~26%、16~25%、14~23%、12~22%。列管式翅片油冷却器的壳程压降随管间距的增大而减小。以h=12.04mm为参照,基于PEC综合传热因子对其他4种管间距的列管式翅片油冷却器综合换热性能进行评价发现:PEC数与壳程Re呈负相关,与管间距呈正相关。当Re=351~467时,h=18.19mm的列管式翅片油冷却器综合换热性能最好,当Re467时,h=12.04mm的列管式翅片油冷却器综合传热性能明显优于其他4种管间距下的综合传热性能。然后对实验数据进行拟合,得到不同管间距下壳程传热及阻力的关联式。其次,对不同管间距的列管式翅片油冷却器建立整体三维模型进行了数值模拟研究,发现列管式翅片油冷却器的壳侧液压油呈连续“N”字形流动,接近理想化横流。在“N”字形的每个尖角处流体的流动速度达到最大,相邻的两块折流板间的流体流速较低,在每块折流板的迎风侧附近均存在流动死区,流动死区的面积随管间距的增大而减小。利用场协同理论对不同管间距下列管式翅片油冷却器的传热机理进行分析,得到5种管间距下壳程速度场与壳程温度场之间协同性从优到次的顺序为:12.04mm、18.19mm、17.32mm、16.45mm、14.72mm。最后,就研究过程中发现的流动死区、壳程压降大等问题,提出将开孔折流板结构引入列管式翅片油冷却器中,通过分析开孔前后的壳侧速度场、温度场及压力场的变化得到开孔折流板结构的强化传热机理,发现折流板开孔后有射流产生,可有效减小流动死区面积、提高壳侧流场均匀性及流体传动能力。开孔后的壳程传热系数及压降同比开孔前分别降低了2.5~28%及43~58%。开孔后的壳程压降与开孔率呈负相关,不同开孔率下壳程传热系数的大小顺序依次为:未开孔、x=0.182、x=0.199、x=0.229、x=0.217、x=0.264。开孔后的阻力系数f随着折流板间距的增大逐渐减小、努塞尔数Nu随着折流板间距的增大逐渐增大。从综合换热性能及场协同的角度分析发现:开孔率x=0.229、折流板间距H=85mm的列管式翅片油冷却器综合传热性能最佳。


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