【正文】 壁總換熱面積， m2； △ tm對(duì)數(shù)平均溫差， K； )ln ()()(outbinboutbinbmttttttttt??????? Tb翅片壁面平均溫度， K。m) 。 相關(guān)參數(shù)的確定 (1) 當(dāng)量直徑： 本文當(dāng)量直徑取為翅片管外徑 De= Do= (2) 雷諾數(shù)： ?? m a xRe Deu? 其中： ? 空氣密度， kg/m3； De當(dāng)量直徑， m； Umax流道最小截面空氣流速， m/s； ? 空氣粘度， Pa該定律可表述為：微元體中流體的動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率等于外界作用在該微元體上的各種力之和。 波紋 翅片管換熱器物理模型的建立 本文計(jì)算為三維流動(dòng)，假設(shè)空氣流動(dòng)是不可壓縮、層流且為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，由于進(jìn)口延長(zhǎng)區(qū)的存在，認(rèn)為翅片區(qū)域通道內(nèi)的流動(dòng)與換熱已進(jìn)入周期性的充分發(fā)展階段。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法和強(qiáng)大的前后處理功能，在航空航天、汽車(chē)設(shè)計(jì)、石油天然氣和渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)將守恒型的控制方程對(duì)控制容積坐積分導(dǎo)出離散方程。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 第二章 波紋翅片管換熱流動(dòng)模型建立與分析 概述 波紋翅片通道內(nèi)的傳熱在達(dá)到穩(wěn)定后，可以看作是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、強(qiáng)化對(duì)流換熱與輻射換熱的耦合問(wèn)題。采用的流體工質(zhì)為常物性的空氣。針對(duì)上述課題的意義、翅片管式換熱器的換熱特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外在實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方面發(fā)展?fàn)顩r的分析，本課題應(yīng)用 商業(yè)軟件對(duì)波紋翅片管式換熱器在充分發(fā)展流動(dòng)情況下的傳熱性能和流動(dòng)阻力特性進(jìn)行數(shù)值模擬，得出波紋翅片管式換熱器管排橫縱向間距、翅片間距、管排數(shù)和 Re 數(shù)等因素對(duì)換熱與阻力特性的影響，以此為工業(yè)上平直翅片表面換熱設(shè)備的選擇提供參考依據(jù)。 在已加工好的管壁內(nèi)部加工變螺距內(nèi)螺紋，不但可以擴(kuò)大管子的內(nèi)表面積，增加傳熱面積，并且由于管子不再是光管，內(nèi)部有螺紋所以內(nèi)壁變得粗糙，可以破壞層流邊界層，使管內(nèi)的制冷劑的流態(tài)變成紊流，從而提高管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)。 管內(nèi)表面積的增大主要集中在異型管的開(kāi)發(fā)方面，綜觀各種不同形狀的強(qiáng)化管，其共同特點(diǎn)是在兼顧壓降的同時(shí)，傳熱面積都有不同程度的增加，并通過(guò)兩種機(jī)理提高其傳熱系數(shù)進(jìn)行強(qiáng)化換熱。在不增大整體設(shè)備尺寸的前提下，增加其內(nèi)表面換熱面積，加強(qiáng)管內(nèi)流體的擾動(dòng)，在原有換熱器的管內(nèi)壁上加工變螺距內(nèi)螺紋。當(dāng)氣流通過(guò)蒸發(fā)器時(shí)，由于空氣中的水蒸氣不斷地在翅片管表面沉積，空氣由于除濕作用相對(duì)濕度降低，沿氣流方向翅片盤(pán)管表面結(jié)霜量是遞減的，如果采取變片距結(jié)構(gòu)，可以在結(jié)霜條件下保持其較高的傳熱效率，并延長(zhǎng)其沖霜時(shí)間。翅片管式換熱器是人們?cè)诟倪M(jìn)管式換熱面的過(guò)程中最早也是最成功地發(fā)現(xiàn)之一。 (3)目前對(duì)波紋翅片管換熱器表面的流動(dòng)與換熱特性的研究主要集屮在實(shí)驗(yàn)研究方面 ,由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 ,數(shù)值模擬工作開(kāi)展的較少。通過(guò)分析得到了阻力系數(shù)與平均流速的擬合函數(shù)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，更進(jìn)一 步說(shuō)明 CFD 方法的可行性。兩者流動(dòng)與傳熱特性的差別 ,主要是因?yàn)槌崞鲌?chǎng)中漩渦的形成與脫落存在差異。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 王維斌、傅憲輝、吳茂剛 [25]等人以波浪形翅片和人字形翅片為研究對(duì)象 ,在合理簡(jiǎn)化條件下給出了物理模型和數(shù)學(xué)模型 ,通過(guò)對(duì)不同進(jìn)口風(fēng)速下翅片通道的換熱和流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：翅片厚度對(duì) 波紋翅片的換熱因子 j 和阻力因子 f 影響不大 ,但翅片間距 sf 對(duì)波紋翅片的阻力因子 f 影響較大；雷諾數(shù) Re 在 400～ 2020 范圍內(nèi)時(shí) ,波紋翅片的換熱因子 j 是同雷諾數(shù)下矩形翅片的 2～ 28 倍之間 ,阻力因子 f 是同雷諾數(shù)下矩形翅片的 28～ 4 倍；雷諾數(shù)在 2020～ 10000 范圍內(nèi) ,波紋翅片的換熱因子 j 是同雷諾數(shù)下矩形翅片的 2～ 28 倍之間 ,阻力因子 f 是同雷諾數(shù)下矩形翅片的 35～ 4 倍；波紋翅片與矩形開(kāi)縫翅片的阻力因子 j 隨雷諾數(shù)的變化很小 ,兩者非常接近。求解所建立起來(lái)的代數(shù)方程從而獲得求解變量的近似值。2020 年 ,Aslam Bhutta[21]總結(jié) CFD 在換熱器研究領(lǐng)域的應(yīng)用以及實(shí)現(xiàn)模擬效染所使 )U西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 的算法。該作者模擬的目的是證明只考慮空氣側(cè)的情況與同時(shí)考慮空氣與水側(cè)流動(dòng)特性的情況存在不同 ,從數(shù)、翅片間距、 管徑尺寸、翅片長(zhǎng)度和翅片厚度等幾個(gè)方面討論 ,得出換熱值更加精確 ,更好的預(yù)測(cè)換熱性能 ,該文章的模擬效果更接近實(shí)際情形。所以 ,V 型波紋片是增強(qiáng)換熱和加強(qiáng)換熱器緊密性的好方法。與順排換熱器相比 ,叉排換熱器提高了換熱性能。 2020 年 ,Kim 等 [15]對(duì)具有大尺寸翅片問(wèn)距的9 翅片符換熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在文獻(xiàn) [14]中 ,作者對(duì) 9 種結(jié)構(gòu)不的雙金屬螺旋翅符進(jìn)行了 傳熱和阻力性能的分析。 2020 年 ,RonieroMendez[12]通過(guò)流動(dòng)可視化模擬計(jì)算考察單排翅片管換熱器管外側(cè)翅片間距對(duì)換熱性能的影響。 Atkinson 等 [10]對(duì)百葉窗形西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 式的翅片管換熱器用 StarCD 進(jìn)行了二維與二維數(shù)值模擬。 1998 年 ,Abumadi 等 [8]人提出前人得到的換熱及壓降關(guān)聯(lián)式對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)耍求過(guò)十局限 ,對(duì) 28 種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的翅片管換熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn) ,風(fēng)速范圍內(nèi)為 l20m/s,分析管排數(shù)、翅片的厚度、翅片間距以及管排間距等參數(shù)對(duì)換熱因子與摩擦因子的影響。 1995 年 ,Bakui 等 [6]利用有限體積法模擬橫內(nèi)的導(dǎo)熱、對(duì)流和福射換熱。而后 Xu[5]模擬研究空調(diào)單元中蒸發(fā)器的湍流流動(dòng)。 研究現(xiàn)狀 國(guó)外實(shí)驗(yàn)及模擬研究進(jìn)展 1973 年 ,Rich[2]實(shí)驗(yàn)研究 14 種不同結(jié)構(gòu)平翅片 ,結(jié)果表明 ,在其研究范文內(nèi)， ,翅片間距不影響傳熱效率 ,單根管子的壓降和管排數(shù)無(wú)關(guān)。另一方面，波紋翅片相比平直翅片來(lái)說(shuō)，換熱面積也增大了不少，這也是它增強(qiáng)換熱的一個(gè)原因。由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小 ,故翅片管換熱器的主要熱阻位于空氣側(cè) ,因此 ,強(qiáng)化空氣側(cè)換熱效果是提高換熱器總體換熱性能的有效手段。 翅片管的缺點(diǎn) : 造價(jià)高 ,流動(dòng)阻力大。 (4)減少結(jié)垢。 (2)傳熱能力強(qiáng)。其標(biāo)是達(dá)到在最節(jié)省能源的前提下獲得較多的能量，保障設(shè)備的有效運(yùn)行。統(tǒng)計(jì)顯示 ,在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中 ,換熱器投資金額占設(shè)備投資的 30%,煉油廠占 40%[1]左右 ,海水淡化設(shè)備中占比例更高。 關(guān)鍵詞 ： 波紋翅片； 數(shù)值模擬 ；換熱因子； 阻力因子；換熱性能 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 study on heat transfer and flow of wavy fins Abstract； In recent years, energy and environmental issues increase, protecting the environment and reducing energy consumption are the themes of the present heat exchanger appears in the 20th century ， because of its superiority in terms of saving energy and materials. Now it is used widely in various fields such as petrochemical, Energy and Power, metallurgy, Refrigeration, aerospace,because of its superiority in the saving of energy and materials. Scholars in various industries have to shoulder the heavy task of reducing energy consumption. Finandtube heat exchanger is widely used in refrigeration, air conditioning .The wavy fin is one of fin types on this pact heat exchanger. It increases the heat transfer area and the degree of spoiler, and improves the performance of the heat exchanger greatly. In this paper, FLUENT is used to simulate the wavy finandtube heat exchanger, . Based on these results, the effects of Reynolds number, tube row number, tube diameter and other parameters on air side heat transfer and flow characteristics are studied. At the same time, I have carried out the numerical simulation analysis on different geometric dimensions of the wavy fins,I calculated the heat transfer factor j and resistance factor f of each model. According to their value we can judge the performance of that model. Finally, examine the corrugated form of tube rows, fin spacing, the projected length of the crest to trough and crest to trough height effects on flow and heat transfer performance. Keywords； wavy fins； numerical simulation； heat transfer factor； resistance factor；heat transfer performance 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目 錄 第一章 緒 論………………………………………………………………………… 1 課題研究背景及意義………………………………………………………… 1 波紋翅片的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合………………………………………………… 2 研究現(xiàn)狀……………………………………………………………………… 2 本文的研究工作……………………………………………………………… 7 第二章 數(shù)值模型的建立與計(jì)算方法………………………………………………… 8 概論…………………………………………………………………………… 8 波紋翅片管換熱器物理模型立……………………………………………… 8 相關(guān)參 數(shù)的確定 ……………………………………………………………… 9 物理模型的邊界條件及初始條件 ………………………………………… 10 利用數(shù)值計(jì)算方法簡(jiǎn)介 …………………………………………………… 11 CFD 簡(jiǎn)介 …………………………………………………………………… 13 fluent 軟件概述及 GABBIT 簡(jiǎn)介 …………………………………………… 14 翅片管強(qiáng)化傳熱的數(shù)值解法 ……………………………………………… 16 第三章 數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與數(shù)據(jù)分析 ……………………………………………… 19 光滑波紋翅片管翅式換熱器 ……………………………………………… 19 6 排管光滑波紋翅片管翅式換熱器數(shù)值計(jì)算 ……………………………… 20 幾何參數(shù)對(duì)波紋翅片管翅式換熱器的換熱阻力性能的 影 響 …………… 24 總 結(jié)………………………………………………………………………………… 31 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………… 31 致 謝…… …………………………………………………………………………… 34 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第一章 緒 論 課題背景及研究意義 板翅式換熱器是在 20 世紀(jì)問(wèn)世的 ,由于其在節(jié)省能源與材料方面的