管殼式換熱器性能模擬與翅片強化傳熱仿真研究.pdf

1、節(jié)能減排已成為能源裝備的重要發(fā)展方向。換熱器的強化傳熱和能效提升一直是相關(guān)行業(yè)與學術(shù)界努力的目標。
　　 本文旨在利用CFD方法對換熱器內(nèi)的流動與傳熱進行數(shù)值模擬探索。
　　 首先介紹了換熱器的基本分類以及管殼式換熱器的特征和基本優(yōu)勢，然后在計算流體力學理論和對流傳熱優(yōu)化的“場協(xié)同理論”指導下，對換熱器的流體流動與共軛傳熱性能進行數(shù)值模擬。通過三維工程設(shè)計軟件Pro/Engineer建立了滑油冷卻器包括殼程流體和管程流體

2、在內(nèi)的整體裝配模型，在ANSYS Workbench協(xié)同仿真平臺下劃分有限元計算網(wǎng)格，加載相關(guān)邊界條件(溫度、壓力等)，利用Fluent軟件求解，得到其操作工況下殼程與管程內(nèi)壓力場、流速場和溫度場分布等細節(jié)信息。同時鑒于折流板結(jié)構(gòu)對流動及換熱效果的影響，對比包括單弓加強形、雙弓形、三弓形、螺旋折流板形、圓盤.圓環(huán)形等不同形式換熱器的流體的流動狀態(tài)、對流換熱效果及壓降情況。其中，將單弓形折流板間額外增加折流擋板，換熱性能強化而流場壓降增大

3、；螺旋折流板改善了流動均勻性，流動死區(qū)減少，壓降和阻力更低，但折流板入口和出口處流動阻力較大應(yīng)加以改善；雙弓形、三弓形折流板內(nèi)的流動呈現(xiàn)上下多股流的形式，換熱效果較單弓形低，壓降阻力也減?。粓A盤-圓環(huán)形折流板換熱器殼程流動呈現(xiàn)了軸心對稱性，流動死區(qū)較多，雖然流動阻力較小，但換熱效果較差。
　　 翅片屬于空氣冷卻器中主要換熱元件，是擴展表面強化傳熱在換熱器上的重要應(yīng)用。對空冷器翅片強化傳熱模型分析，結(jié)果顯示，翅片開縫可以強化傳熱；

4、沿氣體流動方向，翅片對應(yīng)換熱管上游區(qū)域流動旺盛，換熱效果好，下游換熱管背風面形成一低速的尾渦區(qū)，流動和換熱效果較差；隨氣體流速增大，換熱效果與壓降都有增大的趨勢，壓降增速越來越大，換熱效果的增大則是漸趨平坦；采用大熱導率的翅片材料可以強化換熱；同時對比15種不同形式的開縫布置情況和相應(yīng)換熱效果，總結(jié)了較高的換熱性能翅片布局原則，如：同等條件下，矩形條縫型換熱效果優(yōu)于圓環(huán)扇面型；矩形和梯形開縫優(yōu)于弧形開縫；翅片開縫布置并非越復雜越好，也并