管殼式換熱器性能模擬與翅片強(qiáng)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(qiáng)化傳熱和能效提升一直是相關(guān)行業(yè)與學(xué)術(shù)界努力的目標(biāo)。
　　 本文旨在利用CFD方法對(duì)換熱器內(nèi)的流動(dòng)與傳熱進(jìn)行數(shù)值模擬探索。
　　 首先介紹了換熱器的基本分類(lèi)以及管殼式換熱器的特征和基本優(yōu)勢(shì)，然后在計(jì)算流體力學(xué)理論和對(duì)流傳熱優(yōu)化的“場(chǎng)協(xié)同理論”指導(dǎo)下，對(duì)換熱器的流體流動(dòng)與共軛傳熱性能進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)三維工程設(shè)計(jì)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(tái)下劃分有限元計(jì)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(chǎng)、流速場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布等細(xì)節(jié)信息。同時(shí)鑒于折流板結(jié)構(gòu)對(duì)流動(dòng)及換熱效果的影響，對(duì)比包括單弓加強(qiáng)形、雙弓形、三弓形、螺旋折流板形、圓盤(pán).圓環(huán)形等不同形式換熱器的流體的流動(dòng)狀態(tài)、對(duì)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(qiáng)化而流場(chǎng)壓降增大

3、；螺旋折流板改善了流動(dòng)均勻性，流動(dòng)死區(qū)減少，壓降和阻力更低，但折流板入口和出口處流動(dòng)阻力較大應(yīng)加以改善；雙弓形、三弓形折流板內(nèi)的流動(dòng)呈現(xiàn)上下多股流的形式，換熱效果較單弓形低，壓降阻力也減小；圓盤(pán)-圓環(huán)形折流板換熱器殼程流動(dòng)呈現(xiàn)了軸心對(duì)稱(chēng)性，流動(dòng)死區(qū)較多，雖然流動(dòng)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(kuò)展表面強(qiáng)化傳熱在換熱器上的重要應(yīng)用。對(duì)空冷器翅片強(qiáng)化傳熱模型分析，結(jié)果顯示，翅片開(kāi)縫可以強(qiáng)化傳熱；

4、沿氣體流動(dòng)方向，翅片對(duì)應(yīng)換熱管上游區(qū)域流動(dòng)旺盛，換熱效果好，下游換熱管背風(fēng)面形成一低速的尾渦區(qū)，流動(dòng)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(shì)，壓降增速越來(lái)越大，換熱效果的增大則是漸趨平坦；采用大熱導(dǎo)率的翅片材料可以強(qiáng)化換熱；同時(shí)對(duì)比15種不同形式的開(kāi)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(kāi)縫優(yōu)于弧形開(kāi)縫；翅片開(kāi)縫布置并非越復(fù)雜越好，也并