板翅式及管翅式换热器气流湍流特性研究

发布时间：2021-12-29 00:41

　　在连续式回流风洞中,为了控制风洞气流的总温,平衡风扇或压缩机做功产生的热量,需要在风洞试验段上游布置换热器。风洞换热器除了需要提高换热效率、降低压力损失之外,其对来流的整流效果及自身所引发的湍流流动也会对风洞试验段流场品质造成影响。在0.55m×0.40m低噪声航空声学风洞中,使用热线风速仪对椭圆管翅片式及板翅式换热器的下游湍流度分布进行了试验研究,获得了不同构型换热器的压力损失特性。采用数值模拟方法,对不同构型热交换器的再生湍流度进行了模拟和分析。研究结果表明,椭圆管翅片式与板翅式换热器对湍流流动的整流效果有明显差异。椭圆管翅片式换热器对降低湍流度、抑制其不均匀分布的效果要优于板翅式换热器,板翅式换热器对湍流度横向分量的整流效果较好,板翅式换热器的再生湍流度约为管翅式换热器的30%～40%。研究结果可为高流场品质要求的大型连续式风洞换热器的选型及优化提供参考。 

【文章来源】：实验流体力学. 2019,33(06)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

风洞气动轮廓

使用可变角度的扰流体组件模拟产生不同湍流度及速度不均匀的来流条件。使用Dantec公司的热线风速仪对湍流度和速度进行测量，所使用的热线探头为二维探头，可分别对气流的横向和流向速度以及速度脉动进行测量[11-12]。热线探头移测架安装在风洞驻室地面上，通过一个L形的支架伸入换热器下游，并通过移测架的移动实现不同位置的湍流度测量。图4 扰流体组件外形

风洞中通常使用的换热器如管翅式及板翅式换热器，在结构形式上具备将上游大尺寸旋涡分割成小尺寸旋涡的能力，同时，由于翅片间距小、沿流向长度较长等特点，大大增加了气流流过时的粘性耗散作用，具备降低风洞气流湍流度、提高换热器下游截面流动均匀性及稳定性的能力，如图1所示。赵波等[4]采用数值模拟方法，对错排椭圆管翅片式换热器下游的速度及温度分布进行了优化，并在连续式跨声速风洞中成功应用。楚攀等[5]对椭圆管翅片式换热器的增强混合及换热效果进行了研究，提出了一种改善速度场和温度场之间协同关系的流动控制方法。刘晓波等[6]综合比较了管翅式、板翅式等换热器在风洞中应用的优势与劣势，给出了换热器在大型风洞中布局的优化方案。魏进家等[7]对板翅式换热器的流动及传热特性进行了研究，为板翅式换热器的设计提供了指导。关欣等[8]则对板翅式换热器的动态特性通用分析解进行了研究，获得了较好的计算精度。上述研究成果直接推动了大型连续式风洞换热器的技术进步并扩大了其应用范围。板翅式换热器中的长扁管及管翅式换热器中的圆管/椭圆管、翅片均会产生较强的尾流，该尾流影响范围大，会产生较强的再生湍流，其对换热器气流湍流特性的影响具有较大的不确定性。由于换热器下游的湍流度及其分布特性对风洞试验段流场的动态品质具有较大影响，因此通过研究了解和掌握其特性，对风洞换热器的设计具有重要意义。本文在不考虑不同形式热交换器换热效率的前提下，通过试验研究和数值模拟的手段对不同来流湍流度条件下，板翅式及管翅式换热器下游的湍流特性进行了研究，分析了2种换热器在湍流流场整流能力方面的差异，可为高气流品质要求的风洞换热器设计提供参考。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]声学引导风洞高效低噪声风扇设计[J]. 屈晓力,余永生,廖达雄,吕金磊.  实验流体力学. 2013(03)
[3]板翅式换热器流动和换热性能研究[J]. 魏进家,刘海燕,龙延.  工程热物理学报. 2012(10)
[4]连续式跨声速风洞设计关键技术[J]. 廖达雄,陈吉明,彭强,柳新民.  实验流体力学. 2011(04)
[5]航空声学风洞的声学设计研究[J]. 李鹏,汤更生,余永生,吕波.  实验流体力学. 2011(03)
[6]连续式跨超声速风洞热交换器设计技术初步研究[J]. 赵波,廖达雄,陈吉明,符澄.  空气动力学学报. 2010(06)
[7]大型连续式跨声速风洞热交换器概述[J]. 刘晓波,廖达雄,张巧芸.  实验流体力学. 2009(01)
[8]带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器数值分析[J]. 楚攀,何雅玲,李瑞,雷勇刚.  工程热物理学报. 2008(03)
[9]板翅式换热器的动态特性分析解[J]. 关欣,罗行,李美玲,蔡祖恢.  工程热物理学报. 2003(04)



本文编号：3555051