板翅式换热器空气冷却侧传热性能的数值模拟.pdf

中国工程热物理学会 传热传质学 2006年学术会议论文 编号：063l 64 板翅式换热器空气冷却侧传热性能的数值模拟 施晨洁，陈亚平‘，施明恒 (东南人学能源与环境学院，南京210096‘联系人Tel：025-3790997 摘要： 建立了板翅式换热器空气侧的冷却稳态湍流数学模型，借助FLUENT软件进行了数值模拟， 从备段翅片中部的切片与翅片表面2个视觉角度给出了计算区域的流场，温度场、湍流强度、换热系 数和压力等分布图形，有助于更好地理解锯齿翅片板翅式换热器的强化传热机理。 关键词：锯齿翅片；板翅式换热器；风冷，数值模拟 1．引言 近年来扳翅式换热器在石油化工、动力机械、 制冷设备、电子、原子能等工业部门中得到广泛 应用【141。它的结构紧凑、轻巧、传热强度高的特 点引起了科技和工业界的注意，被认为是最有发 展前途的新型热交换设备之一【5。6】。在板翅式换热 器中，冷、热流体在相间的由隔板、封条形成的 矩形流道中流动(可以是逆流、顺流或交叉流)， 通道内装有被称为“二次表面”的翅片，其参与 传热的面积通常远大于隔板。翅片不仅扩展了隔 扳的传热面积，而且对隔板形成支撑定距作用。 图1显示了板翅式换热器传热单元的示意图。 图1板翅式换热器传热单元 板翅式换热器的翅片型式很多，如：平直翅片、锯齿形 翅片、多孔翅片、波纹翅片和百叶窗式翅片等。其中锯齿形 翅片对促进流体的湍动，破坏热边界层十分有效，有“高效 能翅片”之称。 2． 基本假设与数学模型 由于锯齿形翅片的周期对称性，在建立数学模型时，截 基金项目：困家重点基础研究发展规划项目∞o．G2000026303)删{自然科学摧金资助项日 1 (No．5076008) 1059 考b一)=告鲁 (2) 撕是瓤蜘惭哲=[二陪+剀一吾∥鼬 毒啪=旦Oxi陋kcp割 ㈤ 其中kfr是有效热传导系数(即斛版。其中缸是湍流热传导系数)。 湍流是一种高度非线性的复杂运动。本文对隔板间锯齿形翅片空l．-J区域的模拟采用 标准缸占模型。它引入湍流动能膏和耗散率f： 七：丛=三防+≯+万1； (4) ，’ 一’、 ，’ ∥瞅t,Ox,JP L钆／韵 (5) 对近壁区的流动，Re数较低，湍流发展不充分，湍流的脉动影响不如分子粘性的 影响大，在此区域内需要采用壁面函数法与主流区的k-f模型配合。 ’ 本文用GAMBIT软件生成研究对象的几何模型、划分网格和设定边界，采用三维 六面体单元几何模型对锯齿形翅片通道进行网格划分。在划分锯齿形翅片空间域的网格 时采用了切割分块技术。 对于所研究的对象，共有四类边界条件，分别为入口边界条件、出口边界条件、壁 面边界条件和对称面边界条件。本文将入口设定为速度边界条件，速度入口边界条件需 要设定入口流体种类、入口速度大小及方向、流体温度，并输入湍流强度和湍流水力直 径作为湍流参数。将出口设定为压力出口边界条件，这需要设定出口处的静压，温度， 回流湍流参数。壁面条件包括隔板和翅片，材料均为铝。在用GAMBIT建模时，隔板 和翅片都被指定为薄片，在边界条件设定时需要指定它们的厚度，以便计算导热。对于 隔板将温度设为常数作为热边界条件；对于翅片，在隔板导入的加热量和空气带走的冷 却量的共同作用下，翅片表面温度呈现二次曲线分布，本文将把这种温度分布作为翅片 ’ 的壁面条件以用户自定义函数(UserDefineFunction)导入FLUENT。 为了节约计算机资源，区域