开缝翅片压降和换热特性的数值模拟

　　开缝翅片压降和换热特性的数值模拟胡俊伟，凋良上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海200030并利用计算流体力学软件研究了开缝翅片管式换热器的换热和压降特性，分析此翅厚度对换热器压降换热特性的影响，并用场协同理论分析了计算结果。得出了翅片开缝能起到强化翅片换热的效果且开缝翅片厚度夺在佳值等结论，为优化新型管翅式换热器提供参同时，将模拟计算结果与实验结果加以比较。结果明，数值模拟与实验结果基本吻合。

　　近年来，人们研，了不少对换热器翅片强化传热的方法，其中对换热器翅片进行开缝就是种强化空气侧传热的有效方法。这是因为沿流动方向上翅片的边界厚度是把加的，从而导致换热系数沿流动方向减小。在翅片上斤缝叮以破坏翅片上的边界层，减小边界层的厚度。对开缝翅片的研究，前人性与不开缝翅片进厅比较。出1.，31等1对型排列的开缝翅片进行了实验研究，研宄明，这种翅片具有较好的换热特性，1等3对翅片开缝热特性的影响。由于结构的复杂性，与开缝翅片有关目前。缝式翅片的传热特性研究仍处在不断发展和完善的阶段，对开缝式翅片换热性能的量化以及结构尺寸参数的优化经成为进步研究的重点。通过对开绝翅片结构尺寸的优化，可以在较小的阻力增，F获得较大的换热效果，充分发挥开缝翅片的优良特性。正如前面所述，由于开缝翅片结构比较复杂，对其结构参数进行优化的工作般也仅局限于实验研宄方面，如油腿1等5曾对百叶窗式开缝翅片片间距对换热性能的影响进行了实验研究。开缝翅片的另个重要的结构参数就是翅片厚度，它对开缝翅片的阻力和换热特性有很大影响木文利814软件分别对开缝翅片管式换热器换热和压降特性进行了数值模拟研宄，分析了开缝翅片厚度对开缝翅片的换热和压降特性的影响，并用场协同理论对计算结果进行了分析，旨在改进翅片管式换热器的结构设计，为优化新型管翅式换热器提供参考。

　　1数学模型1.1物理问描述种商业开缝翅片设计的翅片模型，翅片结构总热过程为1质在管内发生相变换热，管子与翅片之间为导热，翅片与来流逃行孤制对流换热。本文主要对空气侧的换热进行研宄，而且换热器中大部分热阻集中在空气侧，所以可以忽略管内热阻，从而假定管子温度定。计算过程中不考虑管子与翅片之间态常物性和层流流动。

　　程为连续性方程动量方程能量方程分别为，1的坐标7为甲均压力；7为热力学温度。

　　1.3边界条件对开缝翅片进行计算时，进口流速和温度均匀；口采用局部单相化条件，出口边界流动为充分发展流；翅片面温度由自身导热和面对流换热费合计算确定；忽略翅片和铜管外壁的接触热阻，即翅片根部温度于铜管外壁温度致；翅片上下开缝处流体为周期性边界条件1周期性边界即把种责复或周，性的流动条件强加在几何形状完全样且成对出现的边界面上，以便能减少计算网格的数量；沿纵向管间距方向上的两个边界为对称性边界条件管壁采用恒温边界条件。

　　1.4计算变量的定义压降换热系数速度场温议场夹角卞均仍夂计算区域取相邻两翅片之间的空间，在空气流动方向，延长1倍的翅片长度，口延长2.5倍管子外径7.5横向管间距12.7，纵向管间距10.5，翅片厚度0.，翅片间距1.2开缝宽度1.0，管壁度323，流体入口1.2控制方程4为管外侧换热面积；为普朗特数，乃。=0.698，为动力粘度。

　　2计算结果分析计算矜外侧进比翅片衣面温度采用自身导热和面对流换热耦合计算方式。网格划分在只0河模块中进行，建模和边界条件设定在中进行。，1格划分为非均分，翅片区域网格较密。延长区域网格较疏。，格数为16万。计算在2.1开缝翅片的传热计算况下，对平片和开缝翅片的传热特性进行了数值模拟，并绘制了它们的压降和换热曲线。由2可随着的增人。增大。通过汗缝翅片厂，片的特性曲线的比较可看出，在，相同时，开缝翅片的比翅片大。由阁3随的±灿，开缝翅片与平片的都在增大，即进口风速的增加能提高翅片的换热性能。同时由3可看出，在，相同时，开继翅片的，比1；翅片大。如。5开缝翅片的值比平片大幻因此翅片开缝可以在很大程度上强化换热。

　　+，缝片计算值64开缝片试验值+平片计算值情况对开缝翅片和平片的特性和换热特性进行了数值模拟，计算结果45.由4可，随的增大，开继翅片勾平的均有所增大。

　　但汗缝翅片增大的幅度比较人。这明，变化讨斤缝翅片的特性影响比较大。由4还可打出，相开缝翅片的比平炒人。

　　同时，本文将数值计算结果与，奶等3 +丌缝片计赏值开缝片试验值+平片计算值，平片试验值由5可看出，随的增大，开缝翅片与平片的办均有所增大，这说明增加可，强翅片换热。但开缝翅片增大的幅度比较大，这及明变化对开缝翅片的换热特性影响比较大。由5还可看出，相同时，开缝翅片比平片大，这进步说明，开缝翅片的换热特性比1片好。

　　段曲线的斜宇比较小，明此时斤缝翅片，加0.2，1这段曲线的斜率相对其他部分要大些，对于本文所研究的翅片，兼顾和换热特性，开缝之对和换热特性的影响场协同分析论7进行了分析。6为开缝翅片和平片速度场与温度场夹角的平均倍随，的变化线7为，2.2对和换热特性的影响1.2，18时，汗缝翅冲0随的变化帅线。由6◎苯9蜉！喊4.012！晚序说9，1郝，找的典明继趣择与1串树均增，这汗缝翅片与平片的换热特性曲线Theheattransferperformanceofthe说明增大引起的换热，强主要由流量的增加所致，而，的增人可使速度场和温度场的协阿性变夕，由6叮知，在，相向时，开链翅片的3比平片小，即场的协，生较好，因此换热性能也较好。

　　与前面数值计算结果是致的。

　　由7可，在扣，时，随着的增大，翅片3变小，即场的协同性变好，换热增强，这与数值计胃结果是致的。另外，从中还可注意到在开缝片，洲时线的斜率火这虬在该段减小的幅度比较大，即场的协同性较好，翅片的换热性能也较好，这进步证明了对于本文所研究的开缝片取在5，0.2这1较好。

　　3结论进行了数值模拟，研宄了寸开缝翅片和平片的知特性和换热特性的影响，并用场协同理论对计算结果进行广分析。结果明翅片开缝能起到强化翅片换热的效果。但也会增九即流动的阻力会，所增加。

　　无论是平片还是开缝翅片，的，大都能，强翅片的换热特性。

　　31开缝片的，加，强翅片换热的效采，但流动的阻力也会，大。为了兼顾流动阻力和换热特性，对于本文所研究的开缝翅片，取在0.15，0.

　　2mtii比夺父合适。

　　4对计算结果的协场分析进步1实结果的正确性。

　　817822.=6杨泽亮，宋卓睿，宋耀祖。纵向涡发生器强化换热的场协同分析。华南理工大学学报，2002，306