热管蒸发器中烟气侧换热性能数值模拟 吴金星.docVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：143769 热管蒸发器中烟气侧换热性能数值模拟 吴金星 刘艳会 许克 彭旭 栗俊芬 (郑州大学化工与能源学院节能技术研究中心，郑州 450001) （Tel: Email: wujx@zzu.edu.cn） 不同翅片螺距、翅片高度、管间距对螺旋翅片管束传热和阻力特性。结果表明：随着螺距的增大，随着翅片高度的增加，对流换热能力减弱；在所选用的翅片尺寸范围内，当螺距为10mm、翅片高度为5mm、管间距为mm时综合换热性能最[2~8]，由于烟气冲刷螺旋翅片管束时其流动状态的复杂性，以及研究对象和研究条件的限制，其传热和阻力特性的结果差异较大，针对该新型热管蒸发器需要进一步研究其螺旋翅片管束的传热和阻力性能。 1 新型热管换热器开发 热管蒸发器的具体结构如图1所示，图中：1.翅片，2.烟箱，3.隔板，4.重力热管，5.圆筒体，6.制冷剂出口，7.制冷剂进口，8.烟箱进口导流筒，9. 支腿，10.排污孔。 该新型热管蒸发器采用重力热管作为蒸发器的主要传热元件，采用竖直布置，每根热管的蒸发段外侧加装螺旋翅片，热管的冷凝段放置于一端带椭圆形封头的圆筒体中，圆筒体的另一端采用方形平板进行密封，在圆筒体内充入制冷剂，使圆筒体及热管冷凝段构成满液式蒸发器。蒸发器运行时，烟气进入烟箱，由热管蒸发段吸收烟气的显热及烟气中水蒸气所含的潜热，热管内的工质吸热后在冷凝段放热，将热量传给圆筒体内的制冷剂，制冷剂由液体变成蒸汽。 图1 新型热管蒸发器具体结构示意图 几何模型如图所示（a）所示 （a）几何模型 （b）边界条件 图2 几何模型 模型边界条件的设定入口采用速度进口边界条件，烟气的速度为3m/s出口边界表1 运行工况及翅片管结构参数 烟气进口烟温/℃ 翅片壁面温度/℃ 翅片节距/mm 翅片厚度/mm 翅片高度/mm 基管间距/mm 基管直径/mm 80 30 3.5 0.5 10 41 19 （a）传热特性 （b）阻力特性 图 不同翅片螺距对传热性能和阻力特性的影响 图 不同翅片螺距的综合性能雷诺数的关系 （a）传热特性 （b）阻力特性 图 不同翅片高度对传热特性和阻力特性的影响 图 翅片高度对j/f的影响 （a）传热特性 （b）阻力特性 图 管间距与传热性能和阻力特性的关系 图 管间距对j/f 的影响 在相同雷诺数的条件下，随着翅片高度的增加，努塞尔数呈现减小的趋势，说明在所选翅片高度的范围内，翅片越高对传热性能越不利。同一雷诺数下，阻力随着翅片高度的增大而增大，说明翅片高度越高，换热器的进出口压力损失越大。 在相同雷诺数的条件下，随着管间距的增加，努塞尔数呈现减小的趋势，说明增大管间距不利于提高翅片管换热器的传热性能，随着管间距的增大，阻力越小。 在不同烟气入口速度下，雷诺数在10000左右时综合传热性能达到最优，其所对应的翅片参数为：螺距为10mm、高度为5mm、管间距为55mm。 参考文献 [1] 田贯三，付林，江亿.用天然气烟气废热作低温热源热泵循环的分析[J].太阳能学报，2003，24（4）:472~476 [2] 李志敏，刘长，振张凯.强化传热螺旋翅片管管束的试验研究[J].节能，2004，(1):5~8 [3] 何法江，曹伟武，匡江红.螺旋翅片管束传热和阻力特性的试验研究[J].动力工程，2009，29(5):460~464 [4] 袁益超,刘聿拯,曹建光.螺旋鳍片管束传热与阻力特性研究的现状与发展[J].动力工程,2002,22(5):1922-1927. [5] 何法江,曹伟武.螺旋翅片管结构对锅炉省煤器性能影响的分析研究[J].上海工程技术大学学报,2002,16(4):1-5. [6] Nir A. Heat transfer and friction factor correlations for cross-flow over staggered finned tube banks [J]. Heat Transfer Engineering，1991，12（1）：43~58 [7] Yuan Y