風冷式翅片管換熱器形式分析

發布時間：2020-12-08

　　本文針對兩排管整體式平直翅片管換熱器進行數值計算，計算區域覆蓋空氣流動方向上整個翅片的長度，所建模型為三維。得到空氣流速分別為1.0～3.0m/s時的溫度與壓力分布特性，并由計算結果進一步得出不同來流速度時的空氣側對流換熱系數與壓降的變化情況。

　　翅片管式換熱器在制冷與空調系統中應用非常廣泛。作為其中的關鍵部件，換熱器的性能與效率對于整個系統的影響就顯得尤為重要。隨著計算傳熱學的發展，用數值方法來研究換熱器內部的流動與換熱成為近年來的研究熱點。這種方法具有成本較低，能模擬較復雜過程等優點。本文針對風冷式平直翅片管冷凝器進行數值研究。

　　1物理問題

　　本文的研究對象為空調設備中常見的整體式平直翅片管，其幾何尺寸如表1所示。

　　由于整體式翅片管換熱器的周期性和對稱性的特點，我們可以選取一個計算單元來研究。另外，為了避免出流邊界回流對計算結果的影響，將計算區域延長10倍，保證出口邊界沒有回流。對所取控制容積生成六面體網格，總結點數為160X12X10(不包括延長區域)。

　　2控制方程

　　本文計算三維流動，假設空氣流動是不可壓縮、層流且為穩態流動。空氣的物性參數為常數。

　　3邊界條件

　　管壁為固體邊界，恒溫308.15K(35℃);上下翅片為固體邊界，恒壁溫308.15K(35℃);空氣來流溫度為298.15K(25℃)。由于空氣溫度變化不大，所以其物性參數取為常數(取300 K時的參數)。出流邊界采用局部單向化，其他邊界取為對稱邊界條件。

　　4結果分析與討論

　　圖1表示的是來流空氣流速y=2.0 m/s時所取控制容積中間截面上的溫度分布。從圖中可以明顯看到兩排管后方的尾流區，該區域有回流，溫度明顯高于周圍區域。圖2所示為中間截面上的壓力分布，可以看到壓力變化趨勢，在兩排管之間壓力變化較小。這是由兩方面原因決定的：一方面流速降低會使靜壓變大，而另一方面由于剪切力會使壓力降低。在兩排管之間壓力有些振蕩，這是由局部空氣流速的變化引起的。本文所計算其他不同來流空氣流速的情況，溫度和壓力變化趨勢是相同的。

　　5結論

　　本文針對在不同空氣來流速度時的兩排管整體平直翅片風冷冷凝器進行了數值計算，得出空氣側溫度場與壓力場分布，并由計算結果進一步得出空氣側換熱系數與壓降。較為復雜的情況還有待于進一步研究。