波纹与涡产生器组合翅片流动与传热特性研究
发布时间：2021-07-06 08:00
开缝翅片、百叶窗翅片、波纹翅片以及安装涡产生器的翅片都属于高效的无源强化传热翅片,具有强化传热效果好、压力损失小的特点,被广泛应用于换热器翅片传热强化领域。但是,随着对换热器换热性能和紧凑性要求的不断提高,现有单一的强化传热技术已经很难满足要求,为了追求更高性能的换热表面,组合强化传热技术有望成为当前提高换热器翅片换热性能的主要手段和研究热点。目前,关于组合强化传热技术的研究较少。少量关于波纹翅片与涡产生器组合强化传热技术的研究大多集中于管翅式换热器中,而在波纹板式换热器中安装涡产生器的研究尚未见报道。本文分别在层流和湍流范围内,数值研究了板式换热器通道内波纹与涡产生器组合强化传热技术,分析了纵向涡在波纹通道内的发展变化,涡产生器攻击角和涡产生器位置对波纹通道内翅片表面换热及流动特性的影响,结果表明波纹与涡产生器组合强化传热技术可以大大提高波纹通道内的传热性能。主要结论如下:在波纹与涡产生器组合翅片通道内,纵向涡经过下翅片波峰（上翅片波谷）时增强,经过下翅片波谷（上翅片波峰）时减弱,纵向涡的数量随流体向下游流动逐渐增加;纵向涡明显促进了通道内冷热流体间的混合,增强了波纹翅片的换热性能;...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
换热器常用翅片
波纹与涡产生器组合翅片流动与传热特性研究-4-翼以及(d)矩形小翼[20]，如图1.2所示。通常在换热表面采取冲压的方法就能加工形成涡产生器，不仅操作简单便利，而且易于实现批量化生产，是第三代强化传热表面的代表形式[21]。因此，国内外学者还对涡产生器的形状、尺寸、安装方式及位置等进行了大量的研究。图1.2换热器常用涡产生器1.3强化传热技术的研究现状由于波纹翅片具有比平直翅片更高的换热性能，比开缝翅片、百叶窗翅片以及锯齿翅片等具有更小的压降和更高的稳定性[22]，成为换热器设计中翅片类型的主要选择之一。作为第三代强化传热技术代表形式的涡产生器具有结构简单、作用范围较广以及加工工艺简单等特点，在一些紧凑式换热器的换热通道内应用广泛。因此，国内外学者对波纹翅片和安装涡产生器翅片进行了大量的实验和数值模拟研究。同时，部分学者也逐渐将研究方向聚焦于波纹翅片与涡产生器组合强化传热，寻求更优的强化传热技术。1.3.1波纹翅片的研究波纹翅片只需在平直翅片的基础上进行简单的处理，便可压制成型，其加工生产方便简单。同时，波纹翅片还具有换热性能好、不易于形成污垢的特点，在运行环境较差、要求较高的工程领域中广泛应用。因此，出现了众多波型的波纹翅片的相关研究，如三角型波纹、正弦型波纹及三角型切口波纹等。Ali和Ramadhyani[23]通过可视化实验在150≤Re≤4000的范围内比较了两种不同间距的三角型波纹通道和直通道，对比发现：间距为6.9mm和10.3mm的波纹通道与对应直通道的换热性能相比具有显著的提升，当Re>1500时，平均Nu分别提高140%和240%，同时阻力系数f分别增加130%和280%。
兰州交通大学工程硕士学位论文-9-2模型建立及数值方法随着科学技术的不断发展和计算流体动力学（CFD）的出现，使得换热器中的流动和传热问题不再被限制于复杂且周期长的实验研究。Fluent、CCM+和CFX等都是CFD软件，这些数值模拟软件都具有计算时间短、结果准确以及研究成本低等优点，在各行各业换热器的研究中广泛使用。本文将采用Fluent数值模拟软件，对波纹与涡产生器组合翅片的流动与传热特性进行研究。2.1物理模型纵向涡是影响通道内换热性能的重要因素，而涡产生器的攻击角则影响其产生的纵向涡的强度，因此，有必要对涡产生器的攻击角进行研究。同时，波纹通道内流体流动随通道结构的变化而改变，可将波纹通道表面分为压力侧和吸力侧[25,26]，在压力侧与吸力侧的连接处为波峰或波谷，如图2.1所示。流体在波纹通道内流动主要冲刷压力侧表面，减薄或破坏了压力侧表面的边界层，使得压力侧表面的换热明显优于吸力侧表面的换热。在一个波纹与涡产生器组合翅片的周期内包含了一个压力侧和一个吸力侧，将涡产生器安装在压力侧还是吸力侧对纵向涡强化传热效果的影响不可忽视。因此，本文以涡产生器攻击角和涡产生器位置作为研究重点，建立板式换热器中波纹与涡产生器组合翅片物理模型。图2.1波纹通道压力侧和吸力侧示意图2.1.1不同涡产生器攻击角的波纹组合翅片模型本文波纹通道根据文献[23]中的实验模型参数建立，实验研究的波纹通道间距分别为6.9mm和10.3mm，宽度为76mm，由于通道宽度远大于通道间距，因而本文不考虑通道侧壁对流动和换热的影响。此外，因为涡产生器是由翅片表面冲压形成，而本文计
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟[J]. 李亚雄,虞斌. 热能动力工程. 2018(05)
[2]涡发生器矩形通道内流动换热性能[J]. 唐凌虹,曾敏. 中国科学院大学学报. 2018(02)
[3]换热器通道内反向旋转纵向涡间的干涉特性[J]. 宋克伟,刘松,王良璧. 化工学报. 2016(04)
[4]波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟[J]. 闵春华,齐承英,王恩宇,田丽亭,秦亚举. 工程热物理学报. 2014(01)
[5]我国大型换热器的技术进展[J]. 陈永东,陈学东. 机械工程学报. 2013(10)
[6]多场协同原理在管内对流强化传热性能评价中的应用[J]. 科学通报. 2012(10)
[7]纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化[J]. 何雅玲,楚攀,谢涛. 化工学报. 2012(03)
[8]基于场协同理论的强化传热综合性能评价因子[J]. 夏翔鸣,赵力伟,徐宏,杨胜. 热能动力工程. 2011(02)
[9]几何参数对低波纹通道流动与换热特性的影响[J]. 戴艳俊,李欣,陶文铨. 工程热物理学报. 2011(01)
[10]不同排列方式下三角翼波纹翅片管换热器的换热性能比较[J]. 田丽亭,何雅玲,楚攀,雷勇刚. 动力工程. 2009(01)
本文编号：3267853
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
换热器常用翅片
波纹与涡产生器组合翅片流动与传热特性研究-4-翼以及(d)矩形小翼[20]，如图1.2所示。通常在换热表面采取冲压的方法就能加工形成涡产生器，不仅操作简单便利，而且易于实现批量化生产，是第三代强化传热表面的代表形式[21]。因此，国内外学者还对涡产生器的形状、尺寸、安装方式及位置等进行了大量的研究。图1.2换热器常用涡产生器1.3强化传热技术的研究现状由于波纹翅片具有比平直翅片更高的换热性能，比开缝翅片、百叶窗翅片以及锯齿翅片等具有更小的压降和更高的稳定性[22]，成为换热器设计中翅片类型的主要选择之一。作为第三代强化传热技术代表形式的涡产生器具有结构简单、作用范围较广以及加工工艺简单等特点，在一些紧凑式换热器的换热通道内应用广泛。因此，国内外学者对波纹翅片和安装涡产生器翅片进行了大量的实验和数值模拟研究。同时，部分学者也逐渐将研究方向聚焦于波纹翅片与涡产生器组合强化传热，寻求更优的强化传热技术。1.3.1波纹翅片的研究波纹翅片只需在平直翅片的基础上进行简单的处理，便可压制成型，其加工生产方便简单。同时，波纹翅片还具有换热性能好、不易于形成污垢的特点，在运行环境较差、要求较高的工程领域中广泛应用。因此，出现了众多波型的波纹翅片的相关研究，如三角型波纹、正弦型波纹及三角型切口波纹等。Ali和Ramadhyani[23]通过可视化实验在150≤Re≤4000的范围内比较了两种不同间距的三角型波纹通道和直通道，对比发现：间距为6.9mm和10.3mm的波纹通道与对应直通道的换热性能相比具有显著的提升，当Re>1500时，平均Nu分别提高140%和240%，同时阻力系数f分别增加130%和280%。
兰州交通大学工程硕士学位论文-9-2模型建立及数值方法随着科学技术的不断发展和计算流体动力学（CFD）的出现，使得换热器中的流动和传热问题不再被限制于复杂且周期长的实验研究。Fluent、CCM+和CFX等都是CFD软件，这些数值模拟软件都具有计算时间短、结果准确以及研究成本低等优点，在各行各业换热器的研究中广泛使用。本文将采用Fluent数值模拟软件，对波纹与涡产生器组合翅片的流动与传热特性进行研究。2.1物理模型纵向涡是影响通道内换热性能的重要因素，而涡产生器的攻击角则影响其产生的纵向涡的强度，因此，有必要对涡产生器的攻击角进行研究。同时，波纹通道内流体流动随通道结构的变化而改变，可将波纹通道表面分为压力侧和吸力侧[25,26]，在压力侧与吸力侧的连接处为波峰或波谷，如图2.1所示。流体在波纹通道内流动主要冲刷压力侧表面，减薄或破坏了压力侧表面的边界层，使得压力侧表面的换热明显优于吸力侧表面的换热。在一个波纹与涡产生器组合翅片的周期内包含了一个压力侧和一个吸力侧，将涡产生器安装在压力侧还是吸力侧对纵向涡强化传热效果的影响不可忽视。因此，本文以涡产生器攻击角和涡产生器位置作为研究重点，建立板式换热器中波纹与涡产生器组合翅片物理模型。图2.1波纹通道压力侧和吸力侧示意图2.1.1不同涡产生器攻击角的波纹组合翅片模型本文波纹通道根据文献[23]中的实验模型参数建立，实验研究的波纹通道间距分别为6.9mm和10.3mm，宽度为76mm，由于通道宽度远大于通道间距，因而本文不考虑通道侧壁对流动和换热的影响。此外，因为涡产生器是由翅片表面冲压形成，而本文计
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟[J]. 李亚雄,虞斌. 热能动力工程. 2018(05)
[2]涡发生器矩形通道内流动换热性能[J]. 唐凌虹,曾敏. 中国科学院大学学报. 2018(02)
[3]换热器通道内反向旋转纵向涡间的干涉特性[J]. 宋克伟,刘松,王良璧. 化工学报. 2016(04)
[4]波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟[J]. 闵春华,齐承英,王恩宇,田丽亭,秦亚举. 工程热物理学报. 2014(01)
[5]我国大型换热器的技术进展[J]. 陈永东,陈学东. 机械工程学报. 2013(10)
[6]多场协同原理在管内对流强化传热性能评价中的应用[J]. 科学通报. 2012(10)
[7]纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化[J]. 何雅玲,楚攀,谢涛. 化工学报. 2012(03)
[8]基于场协同理论的强化传热综合性能评价因子[J]. 夏翔鸣,赵力伟,徐宏,杨胜. 热能动力工程. 2011(02)
[9]几何参数对低波纹通道流动与换热特性的影响[J]. 戴艳俊,李欣,陶文铨. 工程热物理学报. 2011(01)
[10]不同排列方式下三角翼波纹翅片管换热器的换热性能比较[J]. 田丽亭,何雅玲,楚攀,雷勇刚. 动力工程. 2009(01)
本文编号：3267853
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