内展翅片管换热器换热特性的数值模拟研究

【摘要】：随着现代工业的发展和人们生活水平的不断提高,人类对能源的需求量也越来越大,节能降耗越来越受到人们的重视。换热器在制冷、石油、化工等领域占有很大的比重,同时换热器强化传热技术也得到了较大的发展。内展翅片管换热器具有节能率高、体积小、使用成本低等优点。 本文以普通光管和四种不同波纹数的内展翅片管作为研究对象,对介质为空气的两种换热管内不同流速情况下的对流换热问题进行理论分析,并建立了数理模型。运用FLUENT有限容积分析软件进行了三维数值模拟。根据研究对象的具体特点,分别采用层流、标准k ?ε湍流模型和可实现k-ε湍流模型进行计算。 针对不同流速采用不同的层流和湍流模型,模拟出四种不同波纹数的内展翅片管内流体的流场分布,得到内展翅片管的强化传热机理。重点分析不同流速对不同波纹数的内展翅片管流场和温度场的影响,并与光管的换热特性进行对比,得出:在不同雷诺数条件下,内展翅片管和光管中的流体(空气)出口温度、壁面换热量、壁面努塞尔数、进出口压差和阻力系数变化曲线,证明了内展翅片管有较强的换热效果。 应用Webb热力性能指标,对内展翅片管和光管的综合换热性能进行评价,得出结论:在相同泵功和换热面积的条件下,在数值模拟的雷诺数范围内,Ⅰ~Ⅳ号内展翅片管的换热量分别为光管的1.55~3.57倍、2.78~4.43倍、3.23~5.25倍、3.51~5.68倍,随着雷诺数的增加,内展翅片管强化换热效果逐渐减弱。 将Ⅳ号内展翅片管的数值模拟结果与实验结果进行比较,表明数值模拟结果与实验结果比较吻合,进一步验证了数值模拟的可靠性。