翅片换热器模型.docVIP

1翅片换热器fluent模型 将基于CFD软件FLUENT，汇集了大多数的流体计算模型，包括层流模型、化学运输及反应流模型、相变模拟模型，多相流模型和辐射模型，提供分离解法和耦合解法两种数值方法来求解模型的控制方程，整个求结果称利用设定残差值、松弛因子和Courant数来控制其精确性、稳定性和收敛性。本文将利用Fluent软件，在对屋里模型进行合理的简化处理的基础上，对冷梁空调末端翅片换热器表面的空气流动和传热情况进行模拟计算研究，分析了翅片的入口风速对于翅片表面温度分布、气流流动、翅片换热系数和换热量及气流阻力的影响，并得到相关结论。 翅片换热器中铜管外面通过机械胀管的方式套上平行的连续翅片以增加换热面积。根据不同的结构尺寸或换热量的要求，换热器可以是一排或者多排，翅片也有平片、波纹片和各种冲缝片等不同形式。它的的整个换热过程为：换热器换热铜管中的冷冻水的热量通过导热的形式传递给套在外面的翅片，翅片的热量再以对流的方式传递给翅片表面的冷空气（常温），通过不停地吹入新的冷空气达到增强冷却的作用。由于换热铜管外套的翅片的形状不同，换热效果自然有好坏之分。另外，对于同一种翅片换热器来说，其入口风速、温度等也会影响其换热的效率。 2 fluent三维模拟过程 2.1计算工况和计算域的确定 计算工况选取翅片换热器盘管冷冻水的与外界热空气换热过程，冷冻水温选择289K，计算域为铜管外上下两片翅片之间空气流过的区域。 表1 翅片结构参数 mm 单翅片宽度 翅片间距 翅片厚度 管间距 管径 管壁厚 24 1 0.105 40 10 0.35 2.2 Gambit建模 建立三维模型和网络划分及边界条件的设定在Gambit模块下完成，这是fluent计算的前处理过程，网格是六面体和四面体网络，网格总数均为45869个，网格质量在0.7以下，可以接受。在Gambit模块下设定其边界类型和流体类型如下：进口为速度入口，出口为自由压力入口，管壁为恒温边界条件，翅片面为耦合计算壁面，外壁边界为对称性边界条件，内壁边界为恒温边界条件，流体为空气（设为理想气体）。2.3计算域物理模型建立与简化 铜管壁厚的导热温差可以忽略 忽略温差引起的辐射换热 忽略翅片和铜管外壁面的接触热阻，认为翅片根部温度和铜管外壁面的温度相同。 在简化的物理模型下建立其数学模型，可以用以下5个方程来表示： 连续性方程： （1） 动量方程：（2） 能量守恒方程： （3） 空气流动采用标准k-ε模型: (4) (5) 式中：vi为气体在xi方向上的速度，m/s；vj为气体在xj方向上的速度，m/s；ρ为气体密度，kg/m3;p为气体静压力，Pa；h为气体比焓，J/kg;q为气体单位质量传热量，J/kg；v为气体速度，m/s；；cp为气体定压比热，J/（kg·K）；j为扩散流量，kg/s；τeff为应力张量，，Pa；▽为那勃勒算子符号，定义为；为气体比内能，J/kg；；Tref是参考温度，K，这里取Tref=298.15K；T是流体温度，K；keff=k+kf,为有效传热系数，ke为层流传热系数，kf为湍流传热系数，W/（m2·K)；ε是耗散率；，为由于平均速度梯度而产生的湍流能，J；σk为对于k的湍流普朗特数；σε为对于ε的湍流普朗特数；μ为流体的动力粘度，Pa·s；，计算系数Cμ为常数；C1ε，C2ε都是常数。 标准k-ε模型参数 C1δ C2δ Cμ CK Cε 1.44 1.92 0.09 1.0 1.3 边界条件参数 边界条件项 设置内容 速度进口 0.1m/s等， T=298K 压力出口 出口背压0Pa（表压） T=298K 内壁 设为T=289K的壁面，可导热 外壁 设为对称面 顶部壁面 设为T=289K的壁面，可导热 底部壁面 设为T=289K的壁面，可导热 模型求解采用压力-速度耦合的SIMPLE方法。利用Gambit模块建模完成后，将Mesh文件导入Fluent，模拟计算在Fluent下完成，计算只在关外进行，翅片表面温度采用自身导热和表面对流换热的耦合方式，利用隐式差分分离求解方法经计算机迭代计算后最终得到收敛结果。Fluent采用分离求解是把控制方程分离解出来的，即一个一个的解。因为控制方程是非线性、耦合的，所以在得到收敛解之前，必须进行迭代。每一步迭代过程如下：（1）在当前解的基础上，更新流体属性（如果计算刚刚开始，流体的属性用处是解来更新）；（2）为了更新流场，三维的动量方程用当前压力和表面质量流量按顺序解出；（3）因为第一步得到的速度可能在局部不满足连续性方程，所以从连续性方程和线化动量方程推导出压力校正的泊松方程，然后解出压