矩形翅片的传热分析与数值模拟
翅片管换热器传热特性的数值模拟研究的开题报告
翅片管换热器传热特性的数值模拟研究的开题报告一、选题背景及研究意义翅片管换热器作为一种常见的换热设备，在各种工业领域中广泛应用。
其优势在于具有较高的传热效率和达到较高的换热功率密度。
为了更好地了解其传热特性，需要对其进行数值模拟研究。
本文将针对翅片管换热器进行数值模拟研究，探讨其传热性能。
具体研究内容为：1）建立翅片管换热器的数值模型；2）分析不同数组方式和翅片参数对传热性能的影响；3）分析流体热物性参数对传热性能的影响；4）探讨翅片管换热器的优化设计。
此项研究具有重要的理论和实际意义。
理论上，研究翅片管换热器的传热特性，可以深入了解其换热信号，为设计和优化提供基础数据。
在实践中，通过有效的设计和优化翅片管换热器，减少能源消耗，提高生产效率，降低生产成本，具有重要的经济和社会意义。
二、研究内容和方法1.建立数值模型由于翅片管换热器的几何形状复杂，一般采用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟，以获得其传热性能。
本文将采用ANSYS Fluent软件建立封闭式水冷翅片管换热器的三维数值模型，模拟翅片管换热器的传热特性。
2.分析不同数组方式和翅片参数对传热性能的影响本文将选取不同数组方式和翅片参数，分别对其不同的传热性能进行分析研究。
分析各种参数对翅片管换热器传热效率影响的规律，为翅片管换热器的优化设计提供理论依据。
3.分析流体热物性参数对传热性能的影响流体热物性参数包括热导率、比热容和密度等，都是影响翅片管换热器传热性能的重要因素。
本文将在研究过程中分析这些参数对传热性能的影响。
4.探讨翅片管换热器的优化设计基于数值模拟结果及分析，根据目标要求，针对翅片管换热器进行有效的优化设计，提高其传热效率，降低运行成本，达到节能减排的目的。
三、预期研究成果1. 建立封闭式水冷翅片管换热器的数值模型，并进行合理的验证。
2. 探究不同数组方式和翅片参数对传热性能的影响规律。
3. 分析流体热物性参数对传热性能的影响规律。
翅片结构优化计算
翅片结构优化计算翅片作为一种常见的传热元件，其结构的优化计算对于提高传热效率和减少能源消耗具有重要意义。
本文将针对翅片结构优化计算展开介绍，包括翅片的优化目标、优化方法以及案例分析等内容。
1.翅片结构优化目标翅片结构的优化目标通常包括以下几点：(1)最大化传热效率：通过优化翅片的形状和尺寸，使得热量能够更加有效地从热源传递到冷却介质中，从而提高传热效率。
(2)最小化翅片材料的使用量：通过控制翅片的尺寸和间距等参数，降低翅片的材料消耗，减少成本和能源消耗。
(3)最小化流体阻力：在翅片结构的优化过程中，还需要考虑到流体在翅片间的流动情况，通过优化翅片的形状和排列方式，降低流体的阻力，提高传热效率。
2.翅片结构优化方法为了实现翅片结构的优化，可以采用以下几种方法：(1)数值模拟方法：通过建立热传导和流体动力学的数学模型，利用计算机软件进行数值模拟和计算，得到不同翅片结构的传热效果，从而进行优化。
(2)实验方法：通过设计和制备不同尺寸和形状的翅片样品，搭建相应的实验装置，通过实验测试得到不同参数下的传热效果，进行优化。
(3)经验公式方法：根据已有的经验公式和实验数据，通过数学计算和拟合，得到定量的优化参数，进行翅片结构的优化设计。
3.翅片结构优化案例分析以汽车散热器中的翅片结构优化为例，介绍翅片的结构优化计算。
首先，通过数值模拟方法，建立汽车散热器中的热传导和流体动力学的数学模型，计算得到不同尺寸和形状的翅片的传热效果，例如传热系数、温度分布等。
然后，通过对比不同参数下的传热效果，选择出传热效果最好的翅片结构，例如传热系数最大、温度分布最均匀等。
接下来，通过经验公式方法，计算出最佳的翅片间距、翅片高度等参数，使得翅片的材料消耗最小，从而减少成本和能源消耗。
最后，采用实验方法验证优化后的翅片结构的传热效果，通过实测数据和相应的统计分析，验证翅片结构的优化效果。
总结：通过翅片结构优化计算，可以提高传热效率、减少能源消耗和材料消耗，广泛应用于热交换领域，例如散热器、空调等。
带有纵向涡发生器的翅片管的流动与传热数值研究
Ｌ ｈｈ ａ Ｌ ｉｅ ｕＳ ｉ ， ｉ ｈ ｕ Ｑ （ ｏ ｅ Ｅ ｇ ｅｒ ｇＳｈｏ， ａｊ ｇＮ ｒ ａ Ｕ ｉ ｒ ｔ，Ｎ ｎｉｇ １０ ２ Ｃ ｉ ） Ｐｗ ｒ ｎｉ ｅ ｎ ｃｏｌ Ｎ ｎｉ ｏ ｌ ｎ ｅｓｙ ａｊ ０４ ， ｈｎ ｎ ｉ ｎ ｍ ｖ ｉ ｎ２ ａ
ｔ ａ ｔ ｅ ｗ ｎ ｌｓ ｈ ｎ ｏｈ ｒｔ ｏ ａ ｇｅ ．
Ｋ ｙ ｏｄ ： ｏ ｇｕ ｉａ Ｖ ￣ ｘＧ ｎｒｔ （ Ｖ ｓ ，Ｈ ａ ｔ ｎｆ ｎ ａｃｍｅｔ Ｎ ｍ ｒ ａ ｓ ｌｉｎ ｅ ｗ ｒ ｓ Ｌｎ ｔｄ ｌ ｏ ｅ ｅ ｅ ｏ Ｌ Ｇ ） ｅｔｒ ｓ ｒ ｈｎ ｅ ｎ ， ｕ ｅ ｃ ｉ ａ ｏ ｉ ｎ ａｒ ｓ ａ ｅ ｅ ｉ ｌ ｍｕ ｔ
低温与超导 第３ ８卷 第 ４期
制 冷技 术
Ｒｅｒｇ ｒｔｏ ｆｉｅ ａｉ ｎ
Ｃ ｙ ． Ｓ ｐ ｒｏ ｄ ｒ ｏ ＆ ｕ ｅｃ ｎ Ｖ １３ Ｎ ． ｏ． ８ ｏ４
带有 纵 向涡 发 生器 的翅 片 管 的流 动 与传 热数 值研 究
鹿世化 ， 李奇贺
．
（ 南京师范大学动力工程学院 ， 南京 ２ ０４ ） １０ ２
Ｌ Ｇ 的翅 片管 换 热 器进 行 了研究 。文 章 分 别 针 Ｖ ｓ
（ 以下 简称 Ｌ Ｇ ） Ｖ ｓ 同时满 足 以上 三种 强 化传 热 的 机 理 。另 一方 面 ，Ｖ ｓ Ｌ Ｇ 便于加 工 的特点使得 其在
近十年来 得到 的研究 和应用 越来越 多 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｈｅ ｔｔ ｎ ｆｒｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓ ａ ｄ ｆｕｄ ｆ ｗ ｓ ｕ ｔｒ ｆｆ － ａ ｄ— ｔ ｂ ｅ ｔｅ ｃ ａ ｇ ｒｗｉ ｏ ｇｔ ｄ ｎ ｌｖ ｒ ｘ ａ ａ ｓｅ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｎ ｉ ｏ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｎ — ｎ — ｕ ｅ ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ｔ ｌ ｎ ｉ ｉ ａ ｏｔ ｒ ｉ ｃ ｌ ｌ ｒ ｉ ｈ ｕ ｅ
不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较
不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较摘要：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Study on heat transfer and flow characteristics of fin-and-tube heat exchangers with various fintypesAbstract：With the development of refrigeration and air conditioning, high efficiency, energy saving and material saving compact type of heat exchanger is development, as one kind of compact heat exchanger, fin-and-tube heat exchanger has a wide application in future. It is necessary to develop compact heat exchanger which is more energy saving and material saving to improve the heat exchanger thermal efficiency and the overall performance of heat transfer.This paper summaries the heat transfer and pressure drop correlations of different fin surfaces, and the corresponding influencing factors. The heat transfer and friction characteristic of these kinds of fin types are compared, and the results show the difference of these fin types. The appropriate correlation and evaluation criterion will provide reliable foundation to the design and optimization of compact heat exchangers.Key words：Fin-and-tube heat exchanger; Heat transfer and flow characteristics; Experimental correlations; Comparison目录1 绪论 (2)1.1课题背景及研究意义 (3)1.2管翅式换热器简介 (3)1.3管翅式换热器的特点 (4)1.4 管翅式换热器的换热过程 (4)1.5研究现状 (5)1.5.1国外实验及模拟研究进展 (5)1.5.2国内研究现状和数值模拟 (6)1.5.3管翅式换热器及发展趋势 (8)1.6 管翅式换热器的不同形式的翅片研究现状 (9)2影响翅片换热和压降性能的主要结构因素 (11)2.1翅片间距对换热特性和压降特性的影响 (12)2.2管排数对换热特性和压降特性的影响 (12)2.3管径对换热特性和压降特性的影响 (13)2.4管间距对换热特性和压降特性的影响 (13)3．不同翅片经验关系式总结及比较 (14)3.1 平直翅片经验关系式的总结 (14)3.2 波纹翅片经验关系式的总结 (18)3.3 百叶窗翅片经验关系式的总结 (23)3.4 开缝翅片经验关系式的总结 (26)4．四种翅片经验关系式比较 (31)结论 (38)参考文献 (40)致谢 (44)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。
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。
翅片管换热器传热计算
翅片管换热器传热计算摘要：换热器传热壁两侧流体的传热膜系数相差较大时，换热器的总传热系数将主要取决于较小的流体的传热系数，为了提高换热器的传热能力，可在传热膜系数小的一侧加翅片管。
影响翅片管表面强化传热的主要因素是翅片高度、翅片节距以及翅片材料的导热系数等，而翅片管翅根直径、管束的纵向节距和横向节距对翅片侧流体的流动阻力的影响很大。
翅片侧流体通过管排的压力降与翅片管纵向管排数成正比，而当纵向管排数大于4排时，管排数量对传热系数没有明显影响。
关键词：翅片效率；努塞尔数；传热系数；压力降换热器传热壁两侧流体的传热膜系数相差较大时，换热器的总传热系数将主要取决于较小的流体的传热系数。
为了提高换热器的传热能力，可在传热膜系数小的一侧加翅片。
如一侧流体是传热膜系数较小的气体，另一侧是传热膜系数较大的液体，这时就可以在传热膜系数较小的气体一侧加装翅片。
1计算条件一台翅片管换热器，管程走导热油，设计温度278℃。
壳程走空气，温度从20℃升到180℃，空气的流量为60kg/s，壳程的压降控制在600Pa以下。
2计算方法2.1计算翅片管的传热面积和流动通道翅片的表面积翅片之间的管表面积翅片管总表面积A=AF+AW=5242.8589+359.68682=5602.5457 m2由于P＜x，则穿过nt根管的最小流动面积为：Smin=2ntL(x－P3)=2×26×6.8×(0.1369356－0.0917878)=15.964262m22.2计算翅片管的传热系数Vmax=M/(Sminρ)=60/(15.964262×0.9)=4.1759944m/sRe=VmaxDrρ/μ=4.1759944×0.038×0.9/0.000022=6491.7731Pr=cpμ/λ=1021.6×0.000022/0.031=0.7250065由于l/Dr=0.018/0.038=0.47，翅片管为高翅管，则努塞尔数：管排平均传热系数2.3翅片管传热方程管壁温度与流体温度的温差：换热器需要的换热量：Q=MCp(T2-T1)=60×1021.6×(180-20)=9807360 J/sQ计＞Q，换热器满足要求。
矩形肋片导流角度对内冷通道流动与换热特性的影响
１ 物 理 模 型及 计 算 方 法
本 文所研 究的 矩形仿 螺旋 肋 片 内冷 通道 结构 与文 献［ — ］基本 相 同 ， 通 道 横 截 面 形 状 为 矩 ６７ 其
矩 形 肋 片导 流 角 度 对 内冷 通道 流 动 与 换 热特 性 的影 响
邱 庆 刚 ， 沈 胜 强
（大 连 理 工 大 学 能源 与 动 力 学 院 ， 宁 大连 １ ６ ２ 辽 １０ ４）
摘 要 ：利用数值模拟方法分析了矩形仿螺旋肋片内冷通道中肋片导流角度对 内冷通道三维流场特性、 换热
了斜肋通 道 的换 热效 果 要 好 于 垂 直肋 通 道 的 结 论。 但这些 多集 中在分 析通 道 几 何 结 构参 数 对 流
体 边界层 的分离 、 体重 附着 流流动 、 道二次 流 流 通
等 的影响及 其变化 的规 律 上 ， 没有 考 虑 在 内冷 通 道 中通 过改 变肋 片几何 结构 参数 及其 排列 方式来 引人新 的强化 传热 机 理 ， 改善 通 道 中流 场 流动 结 构， 使其更 有利 于通 道 固 体壁 面 与 冷 却介 质 的换
形， 宽高 比 固定 为 ｗ／ ＝ ２ ９ ５ Ｈ ． （ ８ｍｍ×２ ｍ） ０ｒ 。 ａ 内冷通 道上 下壁 面 布置 肋 片 ， 个 侧 壁 不 布 置 肋 两
片 ， 光滑 壁 面 。 通 道上 下 带有 肋 片 的壁 面上 ， 为 在
迫对 流换 热冷 却技 术 相 关 文 献 相 比 ， 种 冷却 方 该 案不仅利 用 了肋 片作 为二 次 扩展 面积达 到强 化换
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离散方程及求解 采用控制容积积分法，得到内节点离散方程： （2） P P＝ E E＋ W W＋ N N ＋ S S 2 式中： P＝ E＋ W＋ N＋ S＋ 。外节点法中的边 界节点方程，按同样的方法建立。 用交替方向逐线迭代法求解离散方程组，并用变化 率判据控制迭代过程的收敛；利用收敛的温度场，通过 计算翅片表面散热而确定出相应的肋效率。 计算结果及讨论
[1] 约翰戴维斯 （英） . 感应加热手册 [M]. 北京：国防工业出版 社，1985. [2] 刘志儒. 金属感应热处理 [M]. 北京： 机械 （上册） （第 1 版） 工业出版社，1985. [3] 南京工学院数学教研组. 数学物理方程与特殊函数 （第 2 版） [M]. 北京：高等教育出版社，1982. [4] 苏金明. MATLAB 工具箱应用 [M]. 北京：电子工 （第 1 版） 业出版社，2004.
参考文献：
14
热能工程
《工业加热》 第
卷
年第
期
图1
椭圆芯管矩形翅片 图4 偏心圆芯管矩形翅片的网络划分
扩充区域中均匀温度分布的实现
在扩充的芯管区域中，温度均匀且等于芯管表面温 度， 即 =1， 这可以用大导热系数法或大源项法予以实现。 本文采用大导热系数法，即令扩充区域边界上的温度恒 定为 =1，而该区域材料的无量纲导热系数 为一个很大
收稿日期：2004-09-30; 修回日期：2005-01-11 作者简介：宋长华 （1964- ） ，男，工学硕士，重庆电力高等专科 学校讲师， 主要从事传热强化及传热数值分析及热能动 力工程方面的研究与教学工作.
(3) 钢丝任一截面上的温度沿半径呈抛物线规律变 化，表面温度高，中心温度低，对于某一固定直径的钢 丝，随着线速度的增] 加，这一差值会进一步加大。就铝 包钢丝生产线感应加热炉而言，通过选择合适的炉体长 度和加热频率，其表面与中心的温差不超过 5％，故在一 般工程计算过程中可视为等温。
/ ， ＝ 2 （
）＝
， ＝ 2 / （
片的厚度。 计算区域的边界为绝热边界，芯管所在区域为均匀 温度， ＝1。
网络划分 对椭圆芯管矩形翅片，采用内节点法划分网络， 、 方向上的网络间距各自均匀，如图 3 所示。凡位于芯管 区域内或边界 DE 上的节点均为定温节点， =1。对偏心 圆芯管矩形翅片，采用外节点法划分网络，在芯管区域， 按等角度（即等弧长）划分，节点定温， =1；在“┼” 形区域外， 、 方向各自均匀划分，如图 4 所示。
图2 偏心圆芯管矩形翅片
的值，例如 1045。
由于翅片模型的对称性，只需计算图 1 和图 2 上阴 影线所示区域中的温度分布。采用扩充区域法将椭圆芯 管区域的 1/4 部分 DOE 和圆芯管区域分别包括在相应的 计算区域中，使之成为规则矩形区域 ABCDOEA 和 ABCOA。定义下列无量纲变量和参量 － ＝ ＝ － ＝ ＝ ＋ （ ） ＝1＋（ － ） ＋ ＝0 ） 则问题的无量纲形式的数学描述为
前 言
随着科技及工业的发展，在动力、能源、化工、石油、 冶金、制冷与空调等工程技术领域的传热过程中，各种类 型的翅片管得到了广泛应用。采用翅片管可以使换热设备 紧凑、轻巧、高效并小型化，直至目前，该方法仍是各种 管式换热面强化传热方法中运用最广泛的一种。特别是由 于空冷技术的发展，以及在换热中使用气体介质趋势的日 益增加，因此翅片管的应用越来越受到人们的重视。无论 是进行翅片管传热特性的试验研究还是进行翅片管换热器 的设计，都要涉及到翅片效率这一重要参数。目前，对各 种肋型的一维翅片的研究已比较充分，确定了相应的肋效 率。除一维肋片外，二维肋片以其自身的特点和特殊适应 性而受到重视，并得到了应用 ，例如，椭圆芯管矩形翅
15
热能工程
献[3]用微元环肋中径向一维导热对本文算例中的翅片作 了近似计算，其结果亦示于图 5 上，其值偏低，但偏差 尚不太大。
《工业加热》 第
卷
年第
期
图5
椭圆芯管矩形翅片的效率
偏心圆芯管矩形翅片 针对 1 kA 大功率晶闸管风冷热管散热器的偏心圆芯 管矩形翅片进行了计算。几何尺寸： = =70 mm， 0=16 mm， 0 =15.5 mm， =12.5 mm，且 =0。采用 61×61 的 网络，取迭代收敛的变化率判据为 =10 5，计算了不同 值下的翅片效率 f， =0.7 ～ 9.9。按照文献 [1] 的表达 式，引入等效虚拟半径 e, 即 ð 2= × ，将矩形翅片转化 为当量圆翅片， 则 e=39.49 mm， ＝ （ e－ ） 2 / （ ） 。 以计算所得的 f为纵坐标， 为横坐标的曲线示于图 6 上。作为比较，对应当量圆翅片的效率曲线也示于图 6 上， 可见由于芯管偏心及方形翅片传热二维性的影响， 矩 形翅片的效率远低于等面积圆形翅片的效率。
结
论
（1）一定面积的椭圆芯管矩形翅片存在一个最优长 宽比( / )opt；其效率低于等面积、等离心率的椭圆芯管 椭圆翅片的效率，因此，不宜用当量椭圆翅片代替矩形 翅片来作计算。 （2）偏心圆芯管矩形翅片的实际效率低于等面积圆 翅片的效率和分块一维简化近似的肋片效率，且芯管偏 心度越大，实际效率越低，因此，在相关的热设计中应 给予足够重视。 （3）翅片材料物性和肋基温度的不均匀性对其效率 有一定影响，在有特定要求的场合，不宜用相应的平均 值来进行传热计算。图3Leabharlann 椭圆芯管矩形翅片的网络划分
椭圆芯管矩形翅片 工业上一种常用翅片的相关参数是：=18.7 mm， =7 mm，翅片矩形的面积 =2 400 mm2 ， =0.3 mm， =7 W/ (m2 ・℃)， =50 W/ (m ・℃)， =0。 对不同长宽比下的翅片矩形传热 在 不变的情况下， 进行了计算。 取 / =0.667 ～ 3.014。 采用 50×50 的网络， 5 取迭代收敛的变化率判据为 =10 ，肋效率的计算结果 示于图 5 上。可见椭圆芯管矩形翅片存在一个最优的长 宽比( / )opt，在本例中( / )opt ≈1.5。 实用中常用等离心率椭圆翅片代替矩形翅片作近似 计算 3 ，其效率可以分析确定。对于本算例， ≈0.98， 远高于矩形翅片效率，偏差较大，不宜采用。 还有用分块法近似确定椭圆芯管矩形翅片效率的。 文
动：一条是方形翅片对角线，即图 2 上的 OB，则 0≡ 0 不变化；另一条是 0 =35 mm 的直线， 0 之值变化。计 算结果表明，在其它条件相同情况下，偏芯度越大，传 热的不均匀性越严重，翅片效率越低，沿对角线最多可 降低 20%。 （2）材料变物性的影响。 只讨论偏心度为零的情形。 ( ) 取 分别得到 f =0.825 8，0.821 4 b－ a =0，0.1 和 0.2， 和 0.797 1。可见材料导热系数受温度的影响越大，则翅 片效率越低。可以预见，取材料的平均导热系数作为定 物性处理，可以减少偏差。 （3）肋基温度不均匀性的影响。在散热器的实际运 行过程中，肋基温度是沿气流的流动方向而变化的。仍 然只考虑芯管偏心度为零的情形，这时肋基温度可以近 ＋ cos ，式中 b, m 似取为按心型曲线变化，即 b = b, m － b + ≡1 表示肋基温度的平均值； b 代表其变化的幅值； 是 肋基各处在圆芯管极坐标系中的极角。分别取 b +=0，0.1 和 0.2，得到相应的翅片效率为 f =0.825 8，0.812 2 和 0.809 4，低于按平均肋基温度计算的肋效率。
参考文献： [1] SPARROW E M, LIN S H. Heat Transfer Characteristics of Polygonal and Plate Fins [J]. Int J H M Transfer, 1964,7 (8): 951-953. [2] 程尚模，陶罗邑，魏秉武. 空气横掠铸铁椭圆矩形翅片的对 流放热物性研究 [J]. 工程热物理学报， 1991,6 （3） ：272-274 . [3] 尾花英朗 . 热交换设计手册 [M]. 北京 : 石油工业出版社， 1982.323-328. 减少炼钢电弧炉二恶英有害气体排放的装置—— 《电気製钢》 ，2003，vol74, No.1，67-69 （日） 日本政府决定自 2002 年 12 月 1 日起所有国内运行的炼钢 电弧炉二恶英有害气体的排放必须控制在 5ng-TEQ/m3以下，新 设炼钢电弧炉的二恶英排放必须控制在 0.5ng-TEQ/m3以下。为 此，日本大同特殊钢公司开发了 2 级布袋式除尘法和活性炭吹 入法相组合的二恶英控制系统，有效抑制了二恶英有害气体排 放。介绍了上述两种控制系统的概要与应用效果。给出了 2 级 布袋式除尘法与活性炭吹入法相组合的示意图。图 5 [陈留根 摘]
数学物理模型和数值求解方法 数学物理模型 图 1 和图 2 分别为椭圆芯管矩形翅片和一个典型的偏
心圆芯管矩形翅片的示意图。为便于计算，作如下简化假 设： （1）翅片与环境之间的换热系数为常数 ；环境温度 为常数 ； （2）翅片材料导热系数是温度的线性函数，= [1+ ( )], 其中 是 对应的导热系数值， 是 的温度 系数； （3） 翅片基部温度为常数 ； （4） 翅片末稍端面绝热。
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片管具有传热性能好、 流阻小的优点， 得到了广泛的应用 2 ； 偏心圆芯管矩形翅片则适用于大功率晶闸管用热管散热器 的特殊结构。在已有的分析计算中，对于这类二维的矩形 翅片的传热分析，大都采用简化近似方法计算这些翅片的 效率，这不仅会影响到整个翅片管换热器设计的准确性， 而且在比较复杂的单值性条件下，简化计算也难于实施， 需要更有效的方法来计算这类二维翅片的传热问题，确定 其肋效率。本文对上述两种二维矩形翅片的传热进行了分 析和数值模拟，确定了其肋效率曲线，并初步分析了几个 因素对肋效率的影响。
式中： 表示由翅片表面换热折算得到的当量源项， 且 ＝
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（
（1） ） ， 代表翅
为了验证本文采用的数值方法和程序的正确性，首 先对某一圆管正方形翅片的肋效率进行了计算。用以验 证计算正确性的圆管方形翅片几何结构是： 圆管半径 =10 mm, 正方形翅片边长 60 mm，翅片厚 1 mm，环境换热 系数 =60 W/ (m2・℃)，计算节点数取 50×50。在此种 工况下文献[1]中的精确解为 0.846 1， 本文计算结果 0.843 1，相对偏差 0.36%。可见，本文的数值计算方法和计算 程序具有相当高的准确性。