板翅式換熱器及FLUENT軟件的初步認(rèn)識(shí)

1、前期報(bào)告1.選題的目的和意義：板翅式換熱器由于其體積小、重量輕、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)， 在石油化工、航空航天、電子、原子能、機(jī)械和空調(diào)等領(lǐng)域得到了越 來(lái)越廣泛的應(yīng)用。波紋翅片作為板翅式熱交換器的一種常見(jiàn)翅片類 型，研究其傳熱和流動(dòng)特性對(duì)板翅式熱交換器的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用， 也對(duì)以后的工程計(jì)算有很大的幫助作用。2.傳熱，流動(dòng)及防結(jié)垢研究關(guān)于傳熱，流動(dòng)及防結(jié)垢的研究涉及范圍寬廣的許多問(wèn)題。其最 終目的有二：一是強(qiáng)化傳熱并盡量減少流動(dòng)阻力，二是為更精確的設(shè) 計(jì)計(jì)算提供理論基礎(chǔ)和方法.強(qiáng)化傳熱同時(shí)避免過(guò)大的流動(dòng)阻力的主 要途徑有兩個(gè)方面，一方面開(kāi)發(fā)出新的更高效的傳熱表面，另一方面 更合理地選擇有關(guān)參數(shù)

2、和更合理地設(shè)計(jì)流體分配結(jié)構(gòu)，使流動(dòng)在流道 中得以更均勻地分配。1. 2板翅換熱器翅片的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合1. 2. 1翅片類型板翅換熱器的傳熱面由平板和翅片表面組成，平板部分的傳熱面 叫一次傳熱面，由翅片組成的叫二次傳熱面。二次傳熱面積占總傳熱 面積的絕大部分，一般達(dá)7090%。平直翅片：它是最基本的一種翅片，由金屬薄片制成的一種 最簡(jiǎn)單的翅片形式。其特點(diǎn)是有很長(zhǎng)的帶光滑壁的長(zhǎng)方形翅片，其傳 熱特性和流體流動(dòng)特性與流體在長(zhǎng)的圓形管道中的傳熱和流動(dòng)特性相似。翅片的主要作用是擴(kuò)大傳熱面，而對(duì)于促進(jìn)流體湍動(dòng)的作用很 小，但流道長(zhǎng)度對(duì)傳熱效果有明顯的影響。鋸齒形翅片：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是流體的流道被沖制成凹凸

3、不平，其 目的是增加流體湍動(dòng)程度，并破壞傳熱邊界層，從而強(qiáng)化傳熱過(guò)程使 傳熱效率提高。多孔翅片：它是在平直翅片上沖出許多孔洞而成的.由于翅 片上這些孔使傳熱邊界層不斷被破壞，不僅能提前向湍流過(guò)渡，而且 能明顯地增強(qiáng)過(guò)渡區(qū)和湍流區(qū)的傳熱，但在高雷諾數(shù)范圍會(huì)出現(xiàn)噪音 和振動(dòng).波紋翅片：肋片縱向里波紋(或人字)狀，可使流體的流向不 斷改變以促進(jìn)湍流形成，彎曲處邊界層可有微小破裂.流體在通道中 流動(dòng)時(shí)，由于不斷改變流向而產(chǎn)生二次流及邊界層分離而使傳熱效果 得以增強(qiáng)。波紋越密，波幅越大，其增強(qiáng)效果也越大。錯(cuò)位翅片：在沿流體流動(dòng)方向看是間斷的而且是錯(cuò)位排列的。 從傳熱和流動(dòng)的角度來(lái)看，可以認(rèn)為是由一系列相

4、錯(cuò)排列的短的平直 翅片組成的。傳熱系數(shù)高的主要原因是因?yàn)榱黧w在流動(dòng)中，其邊界層 在一個(gè)翅片段上還未及充分發(fā)展就被下一個(gè)錯(cuò)位的翅片段破壞了.從 2整個(gè)流道長(zhǎng)度來(lái)看，可以認(rèn)為傳熱和流動(dòng)都始終處于發(fā)展段.百葉窗式翅片：其特點(diǎn)是翅片上沖有等距離的百葉窗式的柵 格，向流道內(nèi)凸出，其目的是破壞熟邊界層，從而強(qiáng)化傳熱過(guò)程.在 翅片尺寸相同條件下，柵格愈多傳熱效果愈好，但阻力亦愈大。2. 2板翅換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)傳熱效率高，由于翅片對(duì)流體的擾動(dòng)使邊界層不斷破裂， 因而具有較大的換熱系數(shù)；同時(shí)由于隔板、翅片很薄，具有高導(dǎo)熱性， 所以使得板翅式換熱器可以達(dá)到很高的效率。緊湊，由于板翅式換熱器具有擴(kuò)展的二次

5、表面，使得它的比表 面積可達(dá)到1000W/m3。輕巧，原因?yàn)榫o湊且多為鋁合金制造，現(xiàn)在鋼制，銅制，復(fù)合 材料等的也已經(jīng)批量生產(chǎn)。適應(yīng)性強(qiáng)，板翅式換熱器可適用于：氣一氣、氣一液、液一液、 各種流體之間的換熱以及發(fā)生集態(tài)變化的相變換熱。通過(guò)流道的布置 和組合能夠適應(yīng)：逆流、錯(cuò)流、多股流、多程流等不同的換熱工況。 通過(guò)單元間串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)的組合可以滿足大型設(shè)備的換熱需要。 工業(yè)上可以定型、批量生產(chǎn)以降低成本，通過(guò)積木式組合擴(kuò)大互換性。 缺點(diǎn)：(1)制造工藝要求嚴(yán)格，工藝過(guò)程復(fù)雜。容易堵塞，不耐腐蝕，清洗檢修很困難，故只能用于換熱介質(zhì) 干凈、無(wú)腐蝕、不易結(jié)垢、不易沉積、不易堵塞的場(chǎng)合。1.2.3板

6、翅換熱器應(yīng)用的場(chǎng)合板翅換熱器在工業(yè)上的主要用途如下：(1)空氣分離裝置中的可逆式換熱器，冷凝蒸發(fā)器、液化器、液氮和 液態(tài)空氣過(guò)冷器，采用鋁制板翅式換熱器以后，節(jié)省了大量的鋼及其 它低溫材料.(2)在石油化工上，隨著生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，它在天然氣的液化、 分離裝置以及合成氨工業(yè)中逐步地獲得應(yīng)用。動(dòng)力機(jī)械上板翅式換熱器有內(nèi)燃機(jī)車散熱器，汽車散熱器、挖掘 機(jī)循環(huán)油冷卻器和壓縮機(jī)空冷器、油冷器等。原子能和國(guó)防工業(yè).原子能工業(yè)中采用了板翅式氫液化器和氦液 化器，這是板翅式換熱器在超低溫條件下應(yīng)用的例子。而燃?xì)廨?機(jī)回?zé)崞魉捎玫陌宄崾綋Q熱器，則是在較高溫度下使用板翅換熱器 的例子.1.3波紋翅片傳熱機(jī)理

7、平直翅片的流道是一個(gè)連續(xù)流道，氣喘熱性能和流體流動(dòng)特性與 流體在圓管內(nèi)的傳熱與流動(dòng)特性相似。翅片出了增大傳熱面積和支撐 作用外，對(duì)于促進(jìn)湍流的意義不大。而波紋翅片是將平直翅片壓制成 一定的波形，當(dāng)流體流過(guò)波形表面的凹面時(shí)會(huì)形成漩渦。這種渦旋稱 為Goertler漩渦。當(dāng)流體流過(guò)凹進(jìn)說(shuō)我波紋型表面時(shí)這些漩渦成反向 旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一種類似螺旋形流動(dòng)的流型。此外，在下游壁面的圖面會(huì) 形成局部的流體脫離現(xiàn)象。這些現(xiàn)象會(huì)使傳熱得到強(qiáng)化。1.4板翅換熱器的熱力計(jì)算板翅換熱器屬于問(wèn)壁式換熱器，從傳熱機(jī)理來(lái)說(shuō)，它的主要特點(diǎn) 是具有擴(kuò)展的二次傳熱面，所以傳熱過(guò)程不僅在一次傳熱面進(jìn)行而且 也同時(shí)在二次傳熱面進(jìn)行。通過(guò)

8、一次表面的換熱量用1表示，通過(guò) 二次傳熱表面的換熱量用。2表示，隔板壁面溫度用腿表示，流體溫 度為T(mén)，翅片的高度為L(zhǎng)，通過(guò)一次傳熱面的熱量Ql可以用下式表 示：Q1=a F1(Tw-T)式中a壁面與流體間的換熱系數(shù)；通過(guò)二次換熱表面的熱量為Q2=a F2(Tw-T)式中a 翅片表面與流體間的換 熱系數(shù)，F(xiàn)2-二次表面換熱面積，Tw翅片表面的平均溫度。換熱設(shè)備工作時(shí)，其傳熱過(guò)程彳主彳主是由導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三種基 本傳熱方式中的兩種或三種同時(shí)作用的結(jié)果，傳熱學(xué)稱之為復(fù)合傳熱 過(guò)程，板翅換熱器的工作就是一種典型的復(fù)合傳熱過(guò)程.通過(guò)提高換熱系數(shù)a，增大傳熱面積F1，都可以增大散熱量Q。當(dāng)基板寬度一定時(shí)

9、，假定傳熱溫差(Tw-Tf)和換熱系數(shù)a不變，只有 增大傳熱面積才能增加散熱量。增加肋片的數(shù)量就可以增加傳熱面 積，但是肋片的數(shù)量增加之后，肋間距必然減少，傳熱系數(shù)就會(huì)降低.提高翅片的高度也可以增加傳熱面積，但是增加高度會(huì)使翅片 頂部的局部換熱系數(shù)降低，導(dǎo)致平均換熱系數(shù)降低。此外高度也會(huì)影 響從翅片基部到端部的溫度差，高度越大，溫差也越大，導(dǎo)致翅片表 面與周圍換熱介質(zhì)的平均溫度差就隨之降低，不利于換熱。翅片越薄，單位長(zhǎng)度上翅片的數(shù)量就會(huì)越多，從而增大換熱面積， 強(qiáng)化翅片的換熱，翅片厚度增加，翅片表面和周圍空氣的平均換熱溫 度差就會(huì)降低，不利于換熱.但是，實(shí)際應(yīng)用中翅片的厚度彳主彳主受到 工藝水

10、平的限制。1. 5研究現(xiàn)狀1. 5. 1國(guó)內(nèi)研究情況：一、數(shù)值模擬：國(guó)內(nèi)的數(shù)值研究主要集中在三個(gè)方面：1 .幾何參數(shù)對(duì)傳熱及阻 力的影響；2.雷諾數(shù)對(duì)傳熱及阻力的影響；3.翅片排列形式對(duì)換熱及阻力的影響.1 .幾何參數(shù)對(duì)傳熱及阻力的影響王武林，魏琪采用simple算法對(duì)錯(cuò)列平直翅片進(jìn)行數(shù)值模擬。將 物理模型簡(jiǎn)化為二維模型，得出了翅片厚度、長(zhǎng)度以及翅片排數(shù)對(duì) 換熱的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明，不同的流動(dòng)狀態(tài)下，翅片厚度對(duì)翅 片表面的換熱及流動(dòng)的影響也不同。在層流非穩(wěn)定工況下翅片厚度的 增加有利于增強(qiáng)傳熱效果，同時(shí)流動(dòng)阻力增大，但增大的幅度小于湍 流情況下翅片厚度增加的情況。湍流狀態(tài)下，翅片厚度的增加

11、可使翅 片的換熱系數(shù)明顯提高。同時(shí)也增大了流動(dòng)阻力。流體的擾動(dòng)與翅片 的交錯(cuò)長(zhǎng)度密切相關(guān)，加大翅片長(zhǎng)度，翅片上邊界層發(fā)展的較厚，其 換熱系數(shù)低于短翅片的換熱系數(shù)。但是如果翅片長(zhǎng)度過(guò)小，則不利于 提高其換熱性能且，流動(dòng)阻力增大。前幾排翅片換熱系數(shù)較低，后面 翅片的換熱系數(shù)越來(lái)越大，若干排之后翅片的換熱系數(shù)趨于常數(shù).邢華偉，鄧先和等提出了一種用于硫酸行業(yè)的板翅緊湊型轉(zhuǎn)化 器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)采用不同翅高時(shí)流動(dòng)的傳熱與流阻性能進(jìn)行了研 究.結(jié)果表明，隨著流道內(nèi)翅片高度的增大，傳熱膜系數(shù)隨之增大但 流阻曲線則呈凹型變化，即在中間高度時(shí)流阻達(dá)到一最小值.同時(shí)利 用數(shù)值模擬對(duì)流道內(nèi)流動(dòng)特性進(jìn)行了理論分析。宿國(guó)光

12、“盯對(duì)逆流式、高緊湊度、交錯(cuò)翅片的板翅式換熱器的流 動(dòng)及傳熱進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究。文中建立了交錯(cuò)翅片及隔板構(gòu)成 的換熱器真實(shí)流道為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型，分別計(jì)算求解了不充分發(fā)展區(qū) 及充分發(fā)展區(qū)內(nèi)的周期性流動(dòng)特性及傳熱分布。對(duì)所研究的換熱器。 文中進(jìn)行了”整機(jī)”數(shù)值模擬，分別計(jì)算了翅片幾何參數(shù)、隔板厚度 以及流量分配不均勻性等對(duì)換熟器性能的影響。文中提出，在低雷諾 數(shù)下，流動(dòng)邊界層階躍式周期性地發(fā)展是交錯(cuò)翅片板翅式換熱器強(qiáng)化 傳熱的主要機(jī)理。該文的研究，不僅有益于數(shù)值模擬方法的發(fā)展，而 且有助于高性能換熱器的開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì).2.雷諾數(shù)1對(duì)傳熱及阻力的影響龐銘，陳保東，丁文斌對(duì)逆流式錯(cuò)位翅片換熱器進(jìn)行了數(shù)

13、值模擬， 結(jié)果表明當(dāng)Re10000時(shí)，錯(cuò)位翅片的傳熱因子、摩擦因子都比平直翅 片平均約高2倍，當(dāng)Re增大時(shí)，錯(cuò)位翅片與平直翅片的傳熱因子和摩 擦因子都減小，當(dāng)Re增大到一定值時(shí)二者的傳熱和摩擦因子分別幾乎 相等。錯(cuò)位翅片的傳熱能力隨翅片的有效長(zhǎng)度、高度、間距的增加而 減小，隨翅片的厚度的增加而變大.侯海焱在前人實(shí)驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上，利用高雷諾數(shù)& e湍流 模型，對(duì)中高雷諾數(shù)時(shí)，緊湊式錯(cuò)列翅片換熱器表面湍流流動(dòng)及換熱 的性能進(jìn)行了數(shù)值模擬和理論分析。模型中考慮二維定常的流動(dòng)與換 熱。模擬所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較，吻合情況較好.因 此，該模型是較為可靠的。3 .翅片排列形式對(duì)換熱及阻

14、力的影響張戰(zhàn)在前人實(shí)驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上，對(duì)錯(cuò)列翅片緊湊式換熱 器內(nèi)部流動(dòng)及換熱進(jìn)行了數(shù)值研究.在穩(wěn)定層流及非穩(wěn)定層流工況 下，運(yùn)用SIMPLE算法對(duì)不同數(shù)目，不同排列方式翅片的換熱及阻力特 性進(jìn)行數(shù)值模擬和理論分析。將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)中的可視化實(shí)驗(yàn)圖 形、數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式相比較，吻合較好，說(shuō)明此模型和算法是可行 的.將數(shù)值計(jì)算的結(jié)果經(jīng)過(guò)后處理，描繪出不同工況下的速度、壓力、 溫度分布圖.對(duì)不同翅片數(shù)、不同排列方式對(duì)翅片換熱及阻力的影響 進(jìn)行了分析，進(jìn)一步闡明了錯(cuò)列翅片換熱器換熱及內(nèi)部流動(dòng)的內(nèi)在機(jī) 理，加深了對(duì)此緊湊式換熱器工作過(guò)程的理解，對(duì)此類換熱器的優(yōu)化 設(shè)計(jì)也具有指導(dǎo)意義。二，實(shí)驗(yàn)研究：通

15、過(guò)實(shí)驗(yàn)針對(duì)板翅換熱器的研究主要集中在換熱系數(shù)、阻力系數(shù) 以及一些換熱準(zhǔn)則式的測(cè)量。首先看一下?lián)Q熱系數(shù)及阻力系數(shù)的研究現(xiàn)狀：王楊君，鄧先和等分析了裂齒矩形翅片的傳熱效率，并以單位質(zhì) 量材耗的換熱能力最大為目標(biāo)函數(shù)，分析在不同Re下裂齒矩形翅片間 角度，翅片厚、長(zhǎng)度、寬度及板厚之間的關(guān)系。結(jié)果表明在氣體換熱 場(chǎng)合下，當(dāng)Re在某一范圍時(shí)翅片可有效地起到強(qiáng)化傳熱的作用。當(dāng)板 厚為5mm，翅片厚度為3mm，翅片間夾角為45。-70。，Re為2*1038*103， 最佳翅片縱向問(wèn)距與翅片長(zhǎng)度和翅片厚度乘積的平方根的比為.5 2. 5，最佳翅片尺寸系數(shù)為35時(shí)，傳熱強(qiáng)化效果最好.張后雷，宣益民采用紅外熱像技

16、術(shù)在穩(wěn)態(tài)條件下分別測(cè)量了波紋 和波紋打孔板翅表面的對(duì)流換熱系數(shù)，得到了換熱無(wú)量綱準(zhǔn)則式.對(duì) 兩種板翅表面的傳熱與阻力特性進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明在 Re=10003000的大部分范圍內(nèi)，波紋打孔型表面比波紋型表面的換 熱系數(shù)高5%25%，在Re2000的范圍內(nèi)，波紋打孔流道的阻力略小于波紋流道或基本相當(dāng)。接著我們看一下準(zhǔn)則關(guān)系式的研究現(xiàn)狀:張小松，趙開(kāi)濤等通過(guò)對(duì)自行設(shè)計(jì)的水一空氣板翅式換熱器進(jìn)行 的用作表面式空氣加熱器與表面式空氣冷卻器的試驗(yàn)，得到了一系列 的傳熱與阻力特性的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上獲得了空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)與 摩擦系數(shù)的準(zhǔn)則關(guān)系式。說(shuō)明將鋁制板翅式換熱器用于空調(diào)制冷系統(tǒng) 具有明顯優(yōu)越性

17、。張力，王敬對(duì)鋸齒翅片的切口錯(cuò)開(kāi)位置（或稱錯(cuò)開(kāi)度）”這一幾 何參數(shù)對(duì)熱力特性影響進(jìn)行了探討。鋸齒翅片切1： 3通常錯(cuò)開(kāi)在 1 / 2節(jié)距位置上，本文針對(duì)錯(cuò)開(kāi)位置分別在/ 4、1 / 3、1 / 2及1（即 無(wú)錯(cuò)開(kāi)的平直翅片）的四種情況，按2組不同高度，設(shè)計(jì)并焊接成3種 試驗(yàn)件，應(yīng)用瞬態(tài)法對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究得出每種翅片的傳熱特性準(zhǔn)則 關(guān)系式，及在2種不同高度下，不同錯(cuò)開(kāi)位置對(duì)熱力特性的影響關(guān)系.最后看一下不同翅片形式對(duì)換熱效果的影響研究現(xiàn)狀：余敏，李美玲等通過(guò)綜合分析電站汽輪發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)用空冷替 代水冷的可行性、實(shí)用性，提出了板翅式換熱器是一種可用于汽輪發(fā) 電機(jī)散熱的新穎冷卻器。以300MW電站

18、汽輪發(fā)電機(jī)冷卻器為對(duì)象。設(shè) 計(jì)了板翅式空-空冷卻器，并研制小樣，試驗(yàn)驗(yàn)證.研究結(jié)果為開(kāi)發(fā) 新產(chǎn)品提供了可靠依據(jù)。還對(duì)平直形.鋸齒形、百葉窗形，根據(jù)其各 自的特點(diǎn)并結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行了計(jì)算和分析比較得出選用鋸齒形翅 片作為電站汽輪發(fā)電機(jī)板翅式空.空冷卻器換熱面。采用單疊布置逆 流形式。徐之平，徐敏主要通過(guò)對(duì)多孔直翅型翅片和鋸齒翅片的熱性 能實(shí)驗(yàn)得出翅片形狀、流阻、油流量及散熱量四者之間的關(guān)系。針對(duì) 應(yīng)用環(huán)境選擇多孔翅片可以減小管內(nèi)油的流動(dòng)阻力、還可減小油泵的 揚(yáng)程和輸入功率，同時(shí)也減輕了轎車的自載重量。駱仲泱，殷春根等對(duì)三種不同形式的翅片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出不 同形式的翅片對(duì)換熱性能和流動(dòng)性能的影響規(guī)律

19、.多孔翅片或者鋸齒 形排列翅片要比光直翅片強(qiáng)化換熱更有效.在Re較低時(shí)，前兩者的 相對(duì)強(qiáng)化作用更明顯些，而且鋸齒形排列翅片要比多孔翅片更為有 效.在日。較高時(shí)，前兩者的相對(duì)強(qiáng)化作用有所減弱，而且此時(shí)以多 孔翅片的強(qiáng)化作用為最佳。1. 5. 2國(guó)外研究狀況板翅式換熱器中的傳熱過(guò)程主要是通過(guò)翅片來(lái)組成的。美國(guó)斯坦 福大學(xué)的Ka和London等人對(duì)緊湊表面進(jìn)行了較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。總結(jié) 出40多種翅片形狀的板翅式換熱器傳熱和阻力關(guān)聯(lián)式。S. Y. Kim等 通過(guò)試驗(yàn)研究了板翅換熱器中多孔翅片對(duì)壓降和換熱特征的影響上匕 較了百葉窗翅片和帶孔的百葉窗翅片。給出了設(shè)計(jì)帶孔的板翅換熱器 時(shí)有效的摩擦因子和修正

20、的j因子關(guān)聯(lián)式。J. Wanga等在平板上焊上 長(zhǎng)方形條狀翅片，翅片被焊接的同時(shí)通過(guò)高溫將玻璃和金屬融合為其 表面，添加玻璃的好處是可以在換熱器表面形成保護(hù)模膜防止表面被 腐蝕；測(cè)量結(jié)果表明換熱系數(shù)和壓降隨著換熱面積與體積之比翅片 密度）的增加而增加；苛爾伯恩因子，摩擦因子與之相對(duì)的雷諾數(shù)都 有說(shuō)明。M. L. Smotrys等f(wàn)201采用順翅片方向的和流動(dòng)方向的渦流 可以強(qiáng)化HVAC&R備空氣側(cè)的換熱。沿翅片方向的渦流可以用偏移的 條裝翅片列實(shí)現(xiàn)，沿流動(dòng)方向的渦流可以用三角形翅片來(lái)產(chǎn)生。用蔡 升華的方法得到的質(zhì)量傳遞測(cè)量基本排列和優(yōu)化后的換熱特征。此外Duckjong Kim等基于控制容積法

21、提出了一種新型緊湊換熱 器模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了 101. 43 mmXl01. 43 mm的20種鋁釘狀散熱 器入口速度由1 m/s到5m/s。由多孔介質(zhì)方法得到的散熱器的壓降 及換熱特征系數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做比較。比較結(jié)果表明，多孔介質(zhì)方法可 以很精確的預(yù)測(cè)釘狀散熱器的壓降和換熱特性。最后，對(duì)于小熱阻， 得出了在一定泵功和散熱器尺寸一定的情況下的釘狀散熱器的最優(yōu) 表面設(shè)計(jì)方法。在相同的泵功和散熱器尺寸時(shí)，優(yōu)化后的釘狀散熱器 要比優(yōu)化后的平直翅片散熱器的散熱能力高出5 %.A.G AgwuNnanna等提出了一個(gè)適應(yīng)性更強(qiáng)的關(guān)聯(lián)式，該關(guān)聯(lián)式考 慮了由于換熱系數(shù)的變化，翅片形式以及表面曲率引起的擴(kuò)展表

22、面的 熱損失。給出了典型翅片的這些參數(shù)對(duì)翅片效率的影響?？傊?，可供使用的多種翅形J因子和f因子數(shù)據(jù)已有不少，但可供 設(shè)計(jì)計(jì)算使用的擬合關(guān)聯(lián)式卻很有限.因此，應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué) (Computational fluid dynamics,簡(jiǎn)稱C F D)，流動(dòng)可視化技術(shù)和 模擬測(cè)試來(lái)研究翅片流動(dòng)和傳熱的本質(zhì)，并建立因子和f因子數(shù)據(jù)庫(kù) 將是今后十分重要的工作。數(shù)值模型的建立與計(jì)算方法2.1概述實(shí)驗(yàn)是實(shí)際現(xiàn)象中關(guān)鍵過(guò)程的合理再現(xiàn)和深化，是研究機(jī)理和規(guī)律的主要手段，但數(shù)值模擬以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)把基本理論，模擬試驗(yàn)和 裝置設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從其研究的物理和幾何參數(shù)可變的范圍和方 便程度以及節(jié)省費(fèi)用、研究周期來(lái)

23、看，更有助于對(duì)客觀規(guī)律的深化， 在工程設(shè)計(jì)中有著積極的作用。板翅換熱器的傳熱在達(dá)到穩(wěn)定后實(shí)際上可以看作是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱強(qiáng) 制對(duì)流換熱與輻射換熱的耦合聞?lì)}.本文模擬的是三維復(fù)雜通道內(nèi)的 換熱與流動(dòng)，其“復(fù)雜”性主要由以下幾方面引起：(1)熱邊界條件 是復(fù)雜的，翅片與空氣的交界處導(dǎo)熱與對(duì)流換熱耦合；(2)換熱系統(tǒng) 的幾何形狀是復(fù)雜的，傾斜波紋翅片形成的通道截面是復(fù)雜的，同時(shí)、 由于翅片的間斷又引起流體的混和與再次分流；(3)換熱方式是復(fù)雜 的，導(dǎo)熱與輻射同時(shí)存在，輻射與對(duì)流同時(shí)存在，但本次研究對(duì)象的 溫度為323. 15k，可以忽略輻射換熱.對(duì)復(fù)雜換熱問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值計(jì)算求解的方法主要有有限差分法有 限差分

24、法求解耦合問(wèn)題有兩種主要的方法，即分區(qū)求解邊界耦合方法 及整體求解法.這里我們采用了整體求解法，所謂整體求解法，即把 不同區(qū)域中(如；固體和流體)的過(guò)程組合起來(lái)，作為一個(gè)統(tǒng)一的換 熱過(guò)程進(jìn)行求解。為此，需要找到適合于不同區(qū)域的通用控制方程。 這樣不同物質(zhì)區(qū)域耦合界面處于求解區(qū)域的內(nèi)部，采用控制容積法來(lái) 建立離散方程時(shí)，界面上的連續(xù)性條件一定滿足.整體求解法的優(yōu)點(diǎn) 在于省去了不同區(qū)域之間的反復(fù)迭代，使計(jì)算時(shí)間大大縮短.但是， 若要得到正確的解，則必須保證在求解過(guò)程中，耦合界面上兩種不同 物質(zhì)的溫度及熱流連續(xù)的條件得到滿足.迄今為止，已有不少成功運(yùn)用整體求解法對(duì)耦合換熱問(wèn)題進(jìn)行數(shù) 值計(jì)算的例子.在

25、此基礎(chǔ)上，本文應(yīng)用FLUENT對(duì)傾斜波紋板板翅換熱 器翅片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱與強(qiáng)制對(duì)流換熱的耦合傳熱問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算， 研究了網(wǎng)格的劃分及幾何條件對(duì)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的影響規(guī)律.得到強(qiáng) 制對(duì)流下研究對(duì)象周圍的溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)，從而分析比較了各種不同 結(jié)構(gòu)的翅片的傳熱性能。FLUENT簡(jiǎn)介及應(yīng)用2.2.1FLUENT 簡(jiǎn)介FLUENTInc.是1983年推出的基于有限容積法的計(jì)算軟件。該軟 件采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與適應(yīng)性網(wǎng)格相結(jié)合的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分與結(jié)構(gòu) 化網(wǎng)格和分塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格則便于計(jì)算流場(chǎng)參數(shù)變化 劇烈、梯度很大的流動(dòng)，同時(shí)這種劃分方式也更便于網(wǎng)格的細(xì)化和租 化，使得網(wǎng)格劃分更加靈活簡(jiǎn)單.湍流出

26、現(xiàn)在速度變動(dòng)的地方.這種波動(dòng)使得流體介質(zhì)之問(wèn)相互交 換動(dòng)量、能量和濃度變化，而且引起了數(shù)量的波動(dòng)、1由于這種波動(dòng) 是小尺度且是高頻率的，所以在實(shí)際工程計(jì)算中直接模擬的話對(duì)計(jì)算 機(jī)要求會(huì)很高。實(shí)際上瞬時(shí)控制方程可能在時(shí)間上、空間上是均勻的， 或者可以人為的改變尺度，這樣修改后的方程耗費(fèi)較少的計(jì)算機(jī)內(nèi) 存。FLUENT程序可以求解的問(wèn)題FLUENT可以求解計(jì)算二維和三維問(wèn)題，在計(jì)算過(guò)程中，網(wǎng)格可以自 適應(yīng)調(diào)整。fluent軟件的應(yīng)用范圍非常廣泛，主要范圍如下：用非結(jié)構(gòu)自適應(yīng)網(wǎng)格模擬2D或者3D流場(chǎng)，它所使用的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格主要有三角形/五邊形、四邊形/五邊形，或者混合網(wǎng)格；不可壓或可壓流動(dòng)；定常狀態(tài)或者過(guò)渡分析；無(wú)粘，層流和湍流；牛頓流或者非牛頓流；對(duì)流熱傳導(dǎo)，包括自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流；耦合熱傳導(dǎo)和對(duì)流；輻射熱傳導(dǎo)模型；慣性(靜止)坐標(biāo)系非慣性(旋轉(zhuǎn))坐標(biāo)系模型；多重運(yùn)動(dòng)參考框架，包括滑動(dòng)網(wǎng)格界面和ro