波纹翅片的传热与流动特性研究
翅片式管翅式换热器流动换热性能比较研究
翅片式管翅式换热器流动换热性能比较研究摘要：随着制冷空调行业的发展,人们已经把注意力集中在高效、节能节材的紧凑式换热器的开发上,而翅片管式换热器正是制冷、空调领域中所广泛采用的一种换热器形式。
对于它的研究不仅有利于提高换热器的换热效率及其整体性能,而且对改进翅片换热器的设计型式,推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。
由于翅片管式换热器在翅片结构形式和几何尺寸的不同,造成其换热性能和阻力性能上的极大差异。
本文概述目前国内外空调制冷行业中的普遍采用的几种不同翅片类型（平直翅片、波纹翅片、开缝翅片、百叶窗形翅片）的换热及压降实验关联式及其影响因素，对不同翅片形式的管翅式换热器的换热及压降特性的实验关联式进行总结，并对不同翅片的流动换热性能进行了比较。
正确地选用实验关联式及性能指标，将对翅片管式换热器的优化设计及其制造提供可靠的依据。
关键词：翅片形式；管翅式；换热器；关联式；流动换热性能1 绪论1.1课题背景及研究意义换热器是国民生产中的重要设备，其应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空等各工业部门。
例如，过路热力系统中的过热器、省煤器、空气预热器、凝汽器、除氧器、给水加热器、冷却塔等；金属冶炼系统中的热风炉、空气或煤气预热器、废热锅炉等；制冷及低温系统中的蒸发器、冷凝器、回热器等；石油化工工业中广泛采用的加热及冷却设备等，制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，这些都是换热器应用的大量实例。
它不但是一种广泛应用的通用设备，并且在某些工业企业中占有很重要的地位。
例如在是有化工工厂中，它的投资要占到整个建厂投资的1/5左右，它的重量站工艺设备总重的40%；在年产30万吨的乙烯装置中，它的投资站总投资的25%。
由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临这能源短缺的局面，各国都致力于新能源的开发，并积极开展预热回收及节能工作，因而换热器的应用又与能源的开发及节约有着密切的联系。
典型波纹翅片单元流动与传热特性的数值研究
198机械设计与制造M achi ner y D es i gn&M anuf act ur e第12期2010年12月文章编号：100l一3997(20l O)12一0198-02典型波纹翅片单元流动与传热特性的数值研究王维斌傅宪辉昊茂刚冯茺蔚牛洪成(山东省科学院工业节能研究中心，济南250103)N um e r．caI s t udy on f I ow a nd heat t r ans f er of t ypi caI uni t s w i t h w aV y f i ns W A N G W ei—bi n，F U X i an—hui，W U M ao—gang，FE N G C hon笤_’佗i，N IU H ong—cheng(I ndust ri a l E ner gy C on s ervat i o n R es ear ch C ent er of S h andon g A c adem y of Sci ence s，Ji’na I l250103，C hi na)中图分类号：TH l6。
T K l24文献标识码：A1引言对流换热及其强化一直是人们研究的重要课题。
由于空气热物性的限制，各类换热设备的热阻主要集中在管外，管外热阻占总热阻的(80~90獗凡为了强化管外空气的换热，人们加装了各种翅片来强化传热。
从最初的平直翅片，一直发展到后来的各种广泛应用于石油化工、制冷散热、能源动力、冶金等领域。
相对于乎直翘片，波纹形翅片的换热性能和流动阻力都有明显的提高日，因此波纹翅片在各类强化换热场合中的应用比较广．泛，也提研究关注的热点之一。
图l波纹翅片单元对翅片流场和传热特性的研究方法主要有实验和数值模拟，随着计算机应用技术的发展，数值模拟方法越来越完善成熟，为研究翅片的流动与传热特性提供了非常有效的手段。
如J蚰毋准Re= (40啦1200)s。
针对波纹翅片的高度和角度等参数对波纹翅片的流动和换热量的影响进行了三维数值模拟。
三角形波纹翅片管换热器传热与阻力特性的三维数值模拟
Re
(b) 片间距对 j 因子的影响示意图（三排管）
0.14
计 ２－ １．６９ 计 ２－ ２．３４
Dh
Pt
0.12
计 ２－ ３．５３ 实 ２－ １．６９
其中，j 因子的关联式 91％的值落在试验值 ± 15％以
0.10
实 ２－ ２．３４ 实 ２－ ３．５３
f
内，平均误差 6.98％，采用 f 因子的关联式 85％的
具有重要的指导意义。 由于在传热性能上翅片管式换热器空气侧的换
热热阻在整个热阻中大约占到 85％[2]以上，而翅片 结构形式和几何尺寸的差异对空气侧的换热性能与 流动阻力又起着决定性的影响，因此改进管外空气 侧的翅化形式，提高空气侧换热系数已成为传热学 工业应用研究的主要课题之一。
729
第 ２５ 卷增刊 ２００５ 年 １０ 月
+
(1 − σ
2)(
ρ1 ρ2
− 1)]
这里的 Ac 表示空气最小流通面积，Ao 表示空气侧换
730
第 ２５ 卷增刊 ２００５ 年 １０ 月
动力工程 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ． ２５ Ｓｕｐ Ｏｃｔ． ２００５
Fl Dc
) 0.432
0.02
0.01
×(tanθ )0.692 N −0.737
500
1000
1500
2000
2500
3000
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ f
=
0.228ReDf c1(tan
θ
)
f
2
(
Fs Pl
)
f 3( Pl ) f 4 Dc
× ( Dc )0.383 ( Pl )−0.247
论文振动翅片管流动与换热的介观数值模拟研究
论文振动翅片管流动与换热的介观数值模拟研究振动翅片管是一种常见的换热器件，其通过管道内的振动翅片来增强热传导和流动混合，从而提高换热性能。
介数模拟是一种有效的研究振动翅片管流动与换热的方法之一。
以下是对振动翅片管流动与换热的介数模拟研究的分析：1. 几何建模和网格划分：首先，需要对振动翅片管的几何形状进行建模，包括翅片的结构和管道的几何参数。
根据研究需求，可以选择二维或三维模型。
然后，将领域分割为网格单元，通常使用结构化网格或非结构化网格，以适应复杂的几何形状和流场。
2. 运动方程模拟：为了研究振动翅片管的流动特性，需要在数值模拟中考虑流体的流动运动。
通过求解流体力学中的Navier-Stokes方程，可以模拟流场的速度、压力和温度的变化。
针对振动翅片管，需要考虑流体的不可压缩性和翅片的良好运动模拟。
3. 振动翅片模拟：振动翅片的运动是振动翅片管换热性能的关键因素之一。
可以通过振动翅片上加入适当的振动力，或根据实验数据模拟振动模式。
同时，应考虑翅片在流动中产生的阻尼效应，如流体-结构相互作用（FSI）等。
4. 换热模拟：振动翅片管主要应用于换热领域，在模拟中需要考虑热传导、对流和辐射等换热机制。
根据流体的温度分布和翅片表面的换热特性，可以计算出管道内部和外部的换热效率和温度场分布。
5. 结果分析与优化设计：通过数值模拟，可以获得振动翅片管流动与换热的参数和特性。
通过分析和比较不同工况和翅片设计的结果，可以评估翅片形状、振动频率和幅度等参数对换热性能的影响，并进行优化设计。
需要注意的是，数值模拟只是对振动翅片管流动与换热的近似预测，具体的结果仍需与实验数据进行验证和修正。
此外，模拟过程中还需要合理选取边界条件、流体模型和模。
翅片管式换热器传热与流场流动特性的数值模拟
耦 合计 算 ， 这 就要求 管 壁和管 外都 需要 布置 网格 ， 整 体建模 的思路 必 将 产 生数 量 巨大 的 网格 ， 在 实 际模 拟计 算 中受 到计算 机软硬 件 的限制 。为 了便 于 计算 ， 在实 际情 况 的基 础 上对 翅 片 管 换 热 的物
理模 型 作如 下简化 假设 ：
中图分类号 Ｔ Ｑ Ｏ ５ １ ． ５ 文 献 标 识 码 Ａ 文章编号 ０ ２ ５ ４ ￣０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ０ ３ ４ ７ ０５ －
扩 展表 面强 化传 热在换 热器 中已得 到广泛 的
应用 ， 翅 片 管 是 最 常 见 的扩 展 表 面 形 式 之 一 … 。
１ 换 热器 的基本 结 构参 数及 整体模 型 简化 笔者 研究 的换 热器 是油 田用 注气 锅炉 的对 流
ｄ ．基 管 与 翅 片 的导 热 系 数 为 常 数 ， 且 忽 略 基 管轴 向导热 对换热 的影 响 ；
ｅ ．对 辐 射 换 热 和 重 力 影 响 忽 略 不 计 ， 且 不 考虑 翅 片管 的污垢热 阻 。
段， 由１ ４排共计 １ ６ ２根翅 片管 组 成 ， 每 根翅 片 管
长３ ７ ９ ２ ｍ ｍ， 翅 片管 基 管外 径 ８ ９ ａｍ， ｒ 壁厚 １ ３ ｍ ｍ，
通过 对翅 片管 换 热 器 几何 形 状 进 行 分 析 ， 发 现 与管束 轴 向垂 直 的截 面 形 状 和尺 寸 均 相 同 ， 都 为矩 形和梯 形 的组合 。在 受热 管束 轴线 的 中点 取 如 图 １所示 方框 中的区域作 为计 算域 进行 数值 模 拟 。计算域 的截 面与 管 束 轴 线 方 向垂 直 ， 沿 轴 向
摘 要
在 对 大 型 翅 片管 式换 热 器 结 构 合 理 简 化 的 基 础 上 ， 应用 Ｃ Ｆ Ｄ 和 数 值 传 熟 学方 法 ， 建 立 了翅 片
内部带有纵向呈波浪状的翅的三种不同翅片管的传热与压降的计算分解析
内部带有纵向呈波浪状的翅的三种不同翅片管的传热与压降的计算分析文摘在雷诺数Re=904——4,520之间，对带有三种不同类型的内部纵向翅片模型的管的湍流压降传热特性的数值研究。
通过获得的通道速度，温度，湍流领域来辨别强化传热的机理。
计算结果表明，沿着流向位置，稳定和空间周期性增长和横断面涡产生在管或翅墙附近。
伴随着回流区附近传热的增强，管或翅片表面的热边界层从而周期性的中断。
在波浪状的通道内整体传热系数高于在一个平滑翅片通道内的，然而伴随着较大的压降缺陷。
在相同的波纹，中断的波纹翅片管可以提高72—90%传热，同时伴随增加2—4倍以上的压降缺陷。
在所研究的翅片中，正弦波纹翅片具有最佳的综合性能。
符号列表A 波纹的振幅（m） Af 传热表面积（m2）cp 比热（J kg-1 K-1） Di 外管的内径（m）Do 外管的外径（m） de 水力直径（m）di 核心管的内径（m） do 核心管的外径（m）f 达西摩擦系数（-） h 平均传热系数（W m-2 K-1）j 科尔伯恩因子（=Nu/Re Pr1/3） k 湍流动能（m2 s-2）Ｌ管长（m） l 波浪翅距（m）ld 中断波浪翅距（m） l f 外展波纹翅片长度（m）N 波浪数（-） Nu 平均努赛尔数（=hd/λ）P＊压力梯度（Pa m-1） Pr 普朗特数（=µcp/λ）Re 雷诺数（-） Tin 进口空气温度（K）Tinner 外管内壁温度（K） Tout 出口空气温度（K）T outer外管外壁温度（K） T w壁温（K）u 流速（m s-1） u m平均进口速度（m s-1）x，y，z 直角坐标（-）希腊符号δf 翅片厚度（m）Ф传热速率（W）△p 一个周期波距内压降（Pa）△P管进出口之间的压降（Pa）△T温差（K）ε湍流能量耗散率（m2 s-3）λ导热系数（W m-1 K-1）μ动力粘度（kg m-1 s-1）ρ密度（kg m-3）θ按体积计算的温比(-上标＊量纲′ 波动P 平面翅片管1 介绍在许多工程领域内部有翅片的表面被广泛地用来强化传热。
高速列车用板翅式换热器波纹翅片通道传热特性研究
摘要由于高速列车发展迅猛，使得高速列车冷却技术受到广泛关注，而板翅式换热器以换热效率高、结构紧凑、轻巧等优势受到青睐，论文以一种板翅式换热器的波纹通道为对象，用数值方法研究了波纹翅片通道的传热和流动特性，并将波纹翅片通道结果与平直翅片通道进行对比。
在雷诺数等于300-2200范围内，还考察了波纹翅片通道几何参数（波纹振幅，波纹波长，翅片高度，翅片宽度）对通道传热和流动的影响。
论文主要研究结果如下。
在论文研究范围内，随着雷诺数的增大，波纹翅片通道的平均努塞尔数增大，而阻力系数却减小；平直翅片通道的变化趋势与波纹翅片的相同；且波纹翅片通道的平均努塞尔数和阻力因子均明显高于平直翅片通道。
当波纹振幅增大，其他几何参数不变时发现，波纹振幅越大，平均努塞尔数越大，同时阻力因子也越大；当波纹波长减小，其他几何参数不变时发现，波纹波长越小，平均努塞尔数越大，阻力因子也越大；当改变翅片宽度，其他几何参数不变时发现，翅片宽度对阻力因子的影响甚微，当雷诺数小于800时，翅片宽度越小，平均努塞尔数越大，当雷诺数大于800时，翅片宽度越大，平均努塞尔数越大；当改变翅片高度，其他几何参数不变时发现，翅片高度越大，平均努塞尔数越大，阻力因子也越大。
以翅片高度为例，采用等泵功条件下换热因子作为评价指标时发现，评价因子随着雷诺数的增加而增大，而且出现了大于1的情况，这说明波纹翅片通道换热能力优于平直翅片通道，实现了强化传热。
在相同的结构参数下，几何参数对二次流强度的影响与平均努塞尔数的变化趋势相同。
随着雷诺数的增加，二次流逐渐强度增加，且波纹翅片通道的二次流强度明显高于平直翅片通道的二次流强度。
这表明波纹翅片通道的强化传热是由二次流产生的。
关键词：数值模拟；板翅式换热器；波纹翅片；参数影响论文类型：应用研究AbstractDue to the rapid development of high-speed trains,its cooling technology has been widely concerned,and the plate-fin heat exchangers are favored by the advantages of high heat exchange efficiency,compact structure and light weight.This paper takes the channel formed by wavy fins of a plate-fin heat exchangers as an object.The heat transfer and flow characteristics in the wavy fin channel were compared to them in the channel formed by the plains fins.In the range of Reynolds number from300to2200,the effects of wavy fin geometry(wave amplitude,wave wavelength,fin height,fin width)on heat transfer and flow of wavy fin channel are studied.The following conclusions are obtained.With the increase of Reynolds number,the average Nusselt number of wavy fin channel increases,while the drag coefficient decreases,the trend of plain fin channel is the same as that of wavy fin channel;and the average value of both the Nusselt number and the drag factor of wavy fin channel are significantly higher than that of the plain fin channel.When the wave amplitude increases and other geometric parameters are constant,it is found that the larger the wave amplitude is,the larger the average Nusselt number is,and the larger the resistance factor is.When the wave wavelength is reduced and other geometric parameters are unchanged,it is founded that the smaller the average Nusselt number,the larger the drag factor;When the wave amplitude increases and other geometric parameters are constant，it is found that the fin width has little effect on the drag factor，when Re<800,the smaller the fin width,the larger the average Nusselt number,Re>800,the larger the fin width,the larger the average Nusselt number;when changing the fin height,other geometry parameters are constant,it is found that the larger the fin height,the larger the average Nusselt number and the larger the drag factor.Taking the fin height as an example,when the heat transfer factor is used as the evaluation index under the condition of equal pumping power,it is found that the evaluation factor increases with the increase of the Reynolds number,and there is a case of more than1,which indicates the heat exchange capacity of the wavy fin is better than that of plain fin for enhanced heat transfer.Under the same structural parameters,the influence of geometric parameters on the secondary flow intensity is the same as the average Nusselt number.As the Reynolds number increases,the secondary flow gradually increases in strength,and the secondary flow intensity of the corrugated fins is significantly higher than the secondary flow intensity of the flat fins. This shows that the heat transfer enhancement in the wavy fin channel is caused by the secondary flow.Key Words:Numerical simulation;plate-fin heat exchanger;wavy fin;parameter influence目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1高速列车 (1)1.1.1动车组牵引方式及特点 (1)1.1.2动车组冷却系统 (2)1.2板翅式换热器 (3)1.2.1板翅式换热器结构 (3)1.2.2翅片结构形式 (4)1.2.3国外发展现状 (5)1.2.4国内发展现状 (8)1.3本论文的主要任务 (10)2波纹通道板翅式换热器的物理模型 (11)2.1模型结构 (11)2.2模型的几何参数 (11)2.3数值模拟及边界条件描述 (12)2.3.1模型的数学描述 (12)2.3.2初始条件和边界条件 (15)2.4传热及流动参数定义 (16)3数值模拟 (18)3.1适体坐标的转换 (18)3.2控制方程和边界条件的离散化 (21)3.2.1离散化 (21)3.2.2控制方程的离散 (22)3.2.3边界条件的离散 (24)3.2.4计算平面上的离散 (26)3.3求解Navier-Stokes方程的压力修正方法 (28)3.3.1速度修正值的计算公式 (28)3.3.2求解压力修正值的代数方程 (29)3.3.3SIMPLE算法的计算步骤 (30)3.3.4流场迭代收敛的依据 (30)4网格划分及独立性检验 (32)4.1编程划分通道网格 (32)4.2网格独立性校核 (33)4.3数值方法的验证 (34)5数值结果与云图分析 (36)5.1温度场分布 (36)5.2局部努塞尔数和横向平均努塞尔数 (36)5.3流线图分布 (38)5.4强化传热效果 (39)6数值结果与分析 (40)6.1几何参数对换热性能的影响 (40)6.2波纹通道波长W的影响 (40)6.3波纹通道振幅A的影响 (41)6.4通道高度H的影响 (42)6.5通道宽度L的影响 (44)6.6二次流 (45)6.6.1二次流定义 (45)6.6.2结构参数对二次流的影响 (46)6.6.3几何参数与努塞尔数、阻力系数和二次流强度的关联式 (47)结论 (51)致谢 (52)参考文献 (53)攻读学位期间研究成果 (55)1绪论1.1高速列车当下，科学技术处于巅峰时期，最为突出的科技之一就包括铁路技术，铁路发展迅猛，从早些年代的蒸汽机车，到燃气轮车，再到当今时代的高铁，经历了两百多年的发展历史，给人类出行方式带来了巨大的改变，使人们出行愈加简单、快捷。
板翅式换热器波纹翅片传热特性与流阻分析
摘要 ：以 Ｋ ｙ Ｈ ｎ ｏ ａｓ和 ｏｄｎ关于波纹 翅片的试验数据为依 据， 与同 当量直径 的矩形翅 片与矩形开缝 翅片在 同雷诺
数的情况下进行 比较 ， 获得 波纹翅 片与矩形波 ｊ 因子和 ｆ 因子在不 同雷诺数下的倍数关 系。在 Ｒ ＝ ０ ２ ０ ｅ ４ ０～ ００范 围内， 波纹翅片 Ｊ因子是同雷诺数下 矩形波 的 ２～２ ８倍 ， 因子是 同雷诺 数下矩 形 翅片的 ２ ８～４倍。在 Ｒ ＝ ． ｆ ． ｅ ２０ ０ ０～１０ ０范围内， ００ 波纹翅片的传热 因子 ｊ 同雷诺数下矩形开缝翅片 的２— ． 是 ２ ８倍 ， 阻力 因子 ｆ 同雷诺 数下 是
收 稿 日期 ：０ ９１ － ２０ — ２ ２ ９
作者 简介 ： 王先超 （９ １）男 ， １７ ． ， 湖北武汉人 ， 硕士 ， 主要从事 电子散热研究。
ｈ所 板 翅式换 热器 自 ２ ０世 纪 问世 以来 ， 已经 在化 工 、 翅 片的局 部舍伍 德数 Ｓ ， 测 的波纹形 翅片具 有 两个 汽车 、 天各领 域获得 广 泛应 用 。波纹 翅 片作 为 这种 完 整 的波 纹 ， 角为 ２ 。 波纹 间 的距 离为 １６ ｍ 流 航 波 １， ．５ ｍ， 投影 的 ） 片长 度 为 １ ． ｍ 他 翅 ８ ５ ｍ， 紧凑换 热器 的一 种 ， 用 增 加 扰 流 、 化 传 热 面 积 的 动 方 向上 总 的水 平 （ 采 强 有效翅 片 ， 国外 已有研究 ， 中以 Ｋ ｙ 和 Ｈ ｎ ｏ … 们 测量 了舍伍德 数 的局 部 和平 均分 布 ， 确认 了复杂 在 其 ａｓ ｏ ｄｎ 也 的试验最 为全 面 ， 目前还 没有 发 现确 切 给 出波纹 翅 的流动现象 。他们发现 ， 但 由于壁面波纹 引起的换热系 片的试验 关联式 ， 限制 了其 在 工程 上 的应 用 。本 文 以 数 的强 化 ， 低 Ｒ 在 ｅ时 是 小 的 （ Ｒ 在 ｅ：１０ ０ ０时 约 为 Ｋ ｙ 和 Ｈ ｎｏ ａｓ ｏ ｄｎ关 于波 纹 翅 片 的试 验 数 据 为依 据 ， ２ ％ ） 但在 低 紊 流 区 则 是 可观 的 （ Ｒ 综 ５ ， 在 ｅ为 ６０ ０ ０至 ８０ ０ ０时约 为 ２ ０ ） ０ ％ 。强 化 是 由于 Ｇ ｅｔ ｒ涡 系 引起 ｏ ｒｅ ｌ 合 矩形翅 片与矩形 开缝 翅 片计 算公 式 ， 结 出波 纹翅 总
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波纹翅片的传热与流动特性研究摘要；近些年来能源与环境问题日益加剧,保护环境、降低能源消耗成为当今世界的主题,因此各行业的学者都肩负减少能耗的重任。
板翅式换热器是在20世纪问世的, 由于其在节省能源与材料方面的优越性，如今在石油化工、能源动力、冶金、制冷、航天等各领域已经获得了广泛的应用。
翅片管换热器在制冷、空调等领域广泛应用。
波纹翅片是这种紧凑式换热器的翅片类型中的一种, 它增加了传热面积和扰流的程度，对换热器的性能有很大的提升。
本文应用FLUENT软件针对波纹翅片管换热器空气侧换热进行数值模拟。
并研究Re数、管排数和管径等参数对空气侧传热和流动特性的影响。
同时对不同尺寸的波纹翅片进行了数值模拟分析并计算出各个模型的换热因子j 和阻力因子f，根据他们的数值判断翅片在该模型下的性能优略。
最后考察了波纹形式、管排、翅片间距、波峰到波谷投射长度和波峰到波谷高度对流动换热性能的影响。
关键词：波纹翅片；数值模拟；换热因子；阻力因子；换热性能study on heat transfer and flow of wavy finsAbstract；In recent years, energy and environmental issues increase, protecting the environment and reducing energy consumption are the themes of the present world.Plate-fin heat exchanger appears in the 20th century ，because of its superiority in terms of saving energy and materials. Now it is used widely in various fields such as petrochemical, Energy and Power, metallurgy, Refrigeration, aerospace,because of its superiority in the saving of energy and materials. Scholars in various industries have to shoulder the heavy task of reducing energy consumption. Fin-and-tube heat exchanger is widely used in refrigeration, air conditioning .The wavy fin is one of fin types on this compact heat exchanger. It increases the heat transfer area and the degree of spoiler, and improves the performance of the heat exchanger greatly.In this paper, FLUENT is used to simulate the wavy fin-and-tube heat exchanger, . Based on these results, the effects of Reynolds number, tube row number, tube diameter and other parameters on air side heat transfer and flow characteristics are studied. At the same time, I have carried out the numerical simulation analysis on different geometric dimensions of the wavy fins,I calculated the heat transfer factor j and resistance factor f of each model. According to their value we can judge the performance of that model. Finally, examine the corrugated form of tube rows, fin spacing, the projected length of the crest to trough and crest to trough height effects on flow and heat transfer performance.Keywords；wavy fins；numerical simulation；heat transfer factor；resistance factor；heat transfer performance目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 波纹翅片的特点和应用场合 (2)1.3 研究现状 (2)1.4 本文的研究工作 (7)第二章数值模型的建立与计算方法 (8)2.1 概论 (8)2.2 波纹翅片管换热器物理模型立 (8)2.3 相关参数的确定 (9)2.4 物理模型的边界条件及初始条件 (10)2.5 利用数值计算方法简介 (11)2.6 CFD简介 (13)2.7 fluent软件概述及GABBIT简介 (14)2.8 翅片管强化传热的数值解法 (16)第三章数值计算的结果与数据分析 (19)3.1 光滑波纹翅片管翅式换热器 (19)3.2 6排管光滑波纹翅片管翅式换热器数值计算 (20)3.3 几何参数对波纹翅片管翅式换热器的换热阻力性能的影响 (24)总结 (31)参考文献 (31)致谢 (34)第一章绪论1.1课题背景及研究意义板翅式换热器是在20世纪问世的,由于其在节省能源与材料方面的优越性以及具有体积小，重量轻、效率高等突出优点，如今在石油化工、能源动力、冶金、制冷、航空航天、原子能和机械等各领域已经获得了广泛的应用。
并在利用热能、回收余热、节约原料、降低成本以及一些特殊用途上取得了显著的经济效益．板翅式换热器的性能主要取决于翅片表面的传热与流动特性。
波纹翅片是板翅式紧凑换热器中的一种常见的翅片类型,它在增加传热面积和加强扰流方面有很好的表现。
换热器在动力、能源、化工等工业领域中具有重要的地位。
统计显示,在现代化学工业中,换热器投资金额占设备投资的30%,炼油厂占40%[1]左右,海水淡化设备中占比例更高。
因此,换热器的换热性能与公业业发展关系密切。
由于工业领域对换热器设备的不断需求与目前世界范围内能源紧缺之间的矛盾不断恶化,使强化传热技术在工业领域起着重大的作用。
它在上世纪八十年代发展起来,到目前为止,世界各国都在深化传热技术上不断深入研究。
其标是达到在最节省能源的前提下获得较多的能量，保障设备的有效运行。
所以,强化换热技术已经成为当今科学领域中的研究热点。
翅片管的优点:(1)结构紧凑。
由于单位体枳传热而加大,传热能力增大,同样热负荷下与光管相比,翅片管换热器管子少,因面结构紧凑,便于布置。
(2)传热能力强。
与光管相比，传热面积增大2-30倍，传热系数提高。
(3)有效合理利用材料。
可以利用不同材料的特性，自由选用材料。
(4)减少结垢。
传热左比光管小,便于减轻管外表面结垢。
另外，'翅片管受热冷却后,翅片根部垢层断裂，自行脱落。
翅片管的缺点:造价高,流动阻力大。
因此应适当选择造型,降低能量消耗。
本文主要研究的翅片管换热器,它在动力、制冷、空调等工业领域广泛采用。
制冷剂或水在管内流动,管外翅片间通道内流过空气,通过翅片、管壁与管内的制冷剂或水进行热量交换。
由于空气的导热系数相对较小,故翅片管换热器的主要热阻位于空气侧,因此,强化空气侧换热效果是提高换热器总体换热性能的有效手段。
1.2波纹翅片的特点和应用场合1.2.1 波纹翅片的特点波纹翅片的纵向呈波纹状,流体在其中流动时，流向就会不断地改变以促进湍流形成,波峰和波谷处的边界层可有微小破裂.这样由于不断改变的流向而产生二次流及边界层分离，达到增强传热效果的目的。
波纹越密，波幅越大，其增强效果也越大。
但同时带来的问题是流动阻力也会很大，对材料的强度是一个挑战，所以不能无限制地增大波幅和波纹密度，应该使二者都尽量合适才是最好的。
另一方面，波纹翅片相比平直翅片来说，换热面积也增大了不少，这也是它增强换热的一个原因。
但是材料消耗比平直翅片大，不过跟它带来的换热效果相比，这点消耗也是相当值得的。
1.2.2 波纹翅片的应用场合和平直翅片相比, 波纹翅片的具有更好的换热性能和流动特性，因此波纹翅片在各类强化换热场合中的应用比较广泛, 也是研究关注的热点之一。
波纹翅片最主要的用途是用于板翅式换热器，可以增强换热器换热效果。
1.3研究现状1.3.1国外实验及模拟研究进展1973年,Rich[2]实验研究14种不同结构平翅片,结果表明,在其研究范文内，,翅片间距不影响传热效率,单根管子的压降和管排数无关。
1974年,Saboya[3]等首次在复杂的单排平翅片管换热器的翅片侧利用实验定量计算局部传热系数,总结出翅片表面局部Sh数的分布;得出翅片管上游的局部换热系数较高,下游的局部换热系数较低。
1978年,McQuiston[4]得出特定结构参数下的翅片换热及压降关联式。
而后Xu[5]模拟研究空调单元中蒸发器的湍流流动。
利用热线风速仪技术得到平均速度值和流动的湍流参数,由于凝结物的影响,实验结果会有流动干扰;运用U-e瑞流模型榄拟空调单元空气流动，得到的结架十分准确,再加上QUICK方法得到的平均速度提供了更加准确的结果。
另外,混合网格能快速达到收敛,并很好与实验结架达到一致。
1995年,Bakui等[6]利用有限体积法模拟横内的导热、对流和福射换热。
虽然福射换热总换热量的30%,但不考虑福射换热但不会影响结果的精确度。
1996年,Rammohan Rao等[7]实验研究水平翅片自然对流和福射换热的关系。
借助干涉仪和数侦微分方获得对流换热量和福射换热量，并得到Nu和Re的关联式。
1998年,Abumadi等[8]人提出前人得到的换热及压降关联式对结构参数耍求过十局限,对28种不同结构参数的翅片管换热器进行实验,风速范围内为l-20m/s,分析管排数、翅片的厚度、翅片间距以及管排间距等参数对换热因子与摩擦因子的影响。
实验表明:翅片类型影响换热因子和摩擦因子,管排数对阻力系数几乎无影响;翅片厚度越小,传热性能越好。