套片式翅片管换热器的传热与流动特性研究
套片式翅片管换热器由于其加工方便、结构紧凑等优点被广泛应用于炼油、化工、动力、冶金、医药等工业部门。影响翅片管换热器传热性能好坏的关键因素是翅片的结构，通过对翅片结构的流场数值模拟和实验研究，提出最优翅片参数，对于提高传热效率，实现节能降耗的目标具有重要的理论意义和工程应用价值。开缝翅片作为一种新型高效换热翅片，目前在空调冷凝器中应用较多，关于其在空气压缩机级间冷却器中的应用和研究的报道还很少见。本文针对级间冷却器使用工况，展开开缝翅片的传热和流动特性研究，为高效翅片管换热器开发提供理论依据。
本文采用数值模拟与理论分析和实验验证相互结合的方法，研究比较无缝翅片、平行开缝翅片和放射式开缝翅片的传热和流动特性，分析了翅片间距、开缝面积和开缝高度等参数对开缝翅片综合性能的影响规律，并通过平行开缝翅片冷却器的传热实验与数值模拟结果比较，验证数值模拟的准确性。得到主要研究结论如下：
1．分析平行开缝翅片和无缝翅片的空气流速和温度分布，发现平行开缝翅片开缝结构能破坏边界层的连续发展，减薄了边界层的平均厚度，同时减小管后尾迹区，因此其传热性能好于无缝翅片。
2．平行开缝翅片开缝结构在加强对流体扰动、强化传热同时，也增加了流动阻力。通过数值模拟计算，用JF因子评判法得出：当Re数小于6000时，平行开缝翅片的综合性能比无缝翅片好，当Re数高于6000时，开缝翅片的综合性能低于无缝翅片。
3．翅片结构参数对平行开缝翅片传热和流动阻力性能的影响规律为：随着翅片间距的增大，翅片综合性能下降；随着开缝高度的增大，翅片综合性能先下降后升高；开缝面积对翅片的综合性能影响不明显。
4．平行开缝翅片管换热器数值模拟结果与试验结果吻合较好，但仍存在一定误差，两者误差在8％到29％范围内。
5．在分析平行开缝翅片流场特性基础上，提出了放射式开缝翅片结构，通过数值模拟发现，其传热性能与平行开缝翅片的相近，流动阻力则明显小于平行开缝翅片，综合性能优于平行开缝翅片。
6．放射式开缝翅片的结构参数对综合性能的影响规律为：随着翅片间距的增大，翅片综合性能总体呈现降低的趋势；随着开缝高度的增加，翅片的综合性能提高；开缝面积对翅片综合性能影响不明显。
开缝翅片管换热器;数值模拟;传热参数;流动特性
浙江工业大学
硕士
化工过程机械
卢志明
2010
中文
TK172;TK124
2011-08-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）