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《板翅式换热器翅片表面性能的三维数值模拟_李媛》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、石油机械10CHINAPETROLEUMMACHINERY2006年第34卷第7期专题研究*板翅式换热器翅片表面性能的三维数值模拟12李媛凌祥(1江苏海事职业技术学院机电系2南京工业大学)摘要采用计算流体动力学(CFD)方法对板翅式换热器单通道流场进行了数值模拟。得出不同结构参数和操作参数下3种常见翅片的表面性能曲线,并分析了平直翅片的翅片高度和翅片间距、锯齿翅片的切开长度、波纹翅片的波幅与波距对翅片表面流动与传热性能影响。所得结论可为板翅式换热器的设计和优化提供有益的参考。关键词板翅式换热器翅片表面性能三维数值模拟参数对翅片表面
2、传热与流动阻力的影响。引言数值计算方法板翅式换热器由于其传热效率高、结构紧凑、轻巧、适用性广等特点,在石油化工、空气分离、1控制方程航空航天、制冷空调等领域得到越来越广泛的应连续方程(质量守恒方程)、动量方程、能量用。板翅式换热器的传热与流动阻力性能主要决定[7]方程和组分方程(或称扩散方程)统一形式为于翅片的表面特性,因此翅片的表面特性数据是准[1](!)+div(u!+J!)=S!确设计板翅式换热器的基础。美国斯坦福大学t[2]的Kays和London曾对紧凑式换热器表面进行了式中流体密度;较系统的实验研究,提供了40多种翅片形状的板u速度矢量;翅式翅片的传热
3、和阻力曲线图。而计算流体动力学divu速度场的散度;(CFD)方法的应用与发展使得许多流体和传热工!通用形式应变量;程实际问题不再局限于漫长而复杂的实验研究。国J输运通量;外Patankar和Spalding教授最先应用数值模拟的方S源项。法进行管壳式换热器的研究工作。Sha和Yang等对于!=1,J!=0,S!=0,上式就是连续方人采用多孔介质模型对液态金属换热器和蒸汽发生[3]程;而对于!表示um,h或mi,上式就分别代表器进行了模拟计算。Jinn-yuhJiang等人采用三动量、能量或组分平衡方程。对于稳态不可压缩单维数值模拟方法研究了翅片管换热器的流
4、动与传热[4]组分流动,上式中!变量对时间的偏导为零。性能。国内张站、侯海焱等人采用二维数值模2边界条件拟方法研究了锯齿翅片紧凑式换热器表面特[5,6]由于板翅式换热器的心体是由若干冷、热流体性。由于板翅式换热器的流道结构复杂,其三通道钎焊叠置而成的,内部结构复杂,同时考虑由维数值模拟研究未见报道。不同形式和规格翅片组成的不同通道排列方式和流笔者以3种常见的翅片表面(平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片)为研究对象,利用标准k-动形式的心部传热与流动特性,不仅需要合理的几双方程湍流模型求解三维Navier-Stokes方程,模何简化模型和计算模型,而且还需要足够的计算机拟和分析板翅式换热器单通道
5、不同结构参数和操作硬件条件和计算时间。因此,笔者取板翅式换热器*基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK2004214)。2006年第34卷第7期李媛等:板翅式换热器翅片表面性能的三维数值模拟11的基本结构为研究对象进行建模、计算,即分析了图3为不同翅高h(h=65、95、103mm)由翅片、隔板、封条组成的单个通道内部的传热与的平直翅片表面性能的变化规律:随雷诺数的增流动特性。翅片类型包括平直翅片、锯齿翅片和波加,传热因子j和摩擦因子f均呈单调递减;在相纹翅片。同的雷诺数下,h=95mm的翅片传热性能最好,采用控制容积法对计算区域作离散化处理,k但摩擦因子(
6、压力降)也最大;h=103mm的翅-双方程模型考虑湍流对流动与传热的影响。采片次之;h=65mm的翅片传热性能最差,但压力用分离变量法隐式求解,保证收敛的稳定性;压力降也最小。和速度耦合采用SIMPLE算法。质量和能量计算残-6差控制在10数量级。流体介质为稳态不可压缩的空气。(1)进口条件:给定流体速度、温度及相应的湍流条件。(2)出口条件:给定压力及适当的回流温度。(3)固壁条件:上下隔板与翅片,给定壁面温度和厚度;两侧封条为绝热边界。计算结果与分析1平直翅片平直翅片的结构及特征参数(h、s)如图1所示。其纵向截面的温度分布如图2所示。平直翅片的特点是有很长的带光滑壁的长方形翅片
7、,其传热图3翅高对平直翅片表面性能的影响特性和流体流动特性与流体在长的圆形管道中传热图4为翅片间距s(s分别为14、17、20和流动特性相似。传热因子j和摩擦因子f是衡量mm)对其表面性能的影响:随雷诺数的增加,传翅片表面传热与流阻特性的2个重要指标,其计算热因子j和摩擦因子f均呈单调递减;在相同雷诺公式参见文献[8]。数下,随翅片间距增大传热性能明显升高,压力降也明显增大。因此,要获得较高的传热效果
