管片式换热器传热与阻力特性的数值研究

　　兰州交通大学学报（自然科学版）管片式换热器传热与阻力特性的数值研究1金花，张永恒，王良璧（兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州730070）计算的网格由微分方程法生成，对雷诺数Re在163-978之间的空气流动与传热特性进行了分析，得出了速度场、横向平均Nu数以及平均对流换热系数与压力降随Re的变化规律，为改进翅片结构，强化换热提供了理论依据。

　　之间的空气流动与换热特性进行了分析。

　　1换热器内部流动及换热的数学物理模型1.1物理模型及控制方程根据错排圆管管片式换热器的结构特点，其流动与换热视为三维流动，物理模型如所示。图中圆管直径D=15.9mm，横向间距S1=33mm，纵向间距S2=38mm以及翅片间距Tp=设流动为不可压缩定常流动，则描述换热器流道内流体流动及换热的控制微分方程为17能量方程：乃十=CpX对流道进行坐标变换生成适体坐标网格，将复杂的物理空间变换成规则的计算空间，物理空间与计算空间一一对应。直角坐标系（x，yz）中的控制微分方程变换到适体坐标系（5，nZ）中为龙十叫十艽一管片式换热器广泛应用于化工、空调、制冷等领域其传热与阻力特性的研究是传热学工业应用研究的具体课题之一。为了提高换热器的换热能力，通常在管肋上设置各种不同形式的粗糙元，如百叶窗、波纹等。这些粗糙元主要通过破坏边界层、增加流体扰动来达到强化换热的目的。作为对流换热的基本传热表面，光滑管束和光滑翅片管片式换热单元的换热与阻力特性的研究一直受到人们极大的关注。

　　Saboya和Spariow利用萘升华传质的计算区域用代数法和微分方程法混合生成网格，如所示。图中z方向的尺度取为两翅片表面的净距离。

　　边界条件出口边界条件定义为三个方向的速度分别等于第三排和第四排等距离截面上的速度。

　　前、后边界条件为自由流动边界条件，即（u上、下边界条件为U= t.，翅片效率n=数值求解用控制容积法对计算区域进行离散，在邻近翅平均对流换热系数：：=平均努塞尔特数：NU=Y=其中，Atm为进、出口的对数平均温差；厶为流体与壁面的局部温差；Y为无量纲长度，Y=y/d.；de为特征尺寸，计算中翅片间距Tp为特征尺寸。

　　为横向平均纵向变化的Nu数的分布图。图中在圆管的前端局部Nu数高，在圆管尾部Nu数低，而且随着Re数的提高横向平均纵向变化的Nu数是增加的。这是因为，流体流动时管子前端形成驻点，该位置上边界层开始形成，流体的温度梯度很大，所以Nu数高。随着边界层的不断增厚，Nu数开始有规律地下降。

　　其中，无量纲温度：的计算结果相比，更接近于它的实验结果。

　　平均对流换热系数压力降的增加使得气流速度加快，所以随着Re数的增加，横向平均纵向变化的Nu数是增加的。2）通过与的比较计算，对于平均对流换热系数的计算没有明显的改善，但对于压力降的计算与的计算结果相比，更接近于实验结果。