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关于翅片管换热器的数值分析

 翅片管式换热器在制冷与空调系统中应用非常广泛。作为其中的关键部件,换热器的性能与效率对于整个系统的影响就显得尤为重要。随着计算传热学的发展,用数值方法来研究换热器内部的流动与换热成为近年来的研究热点。这种方法具有成本较低,能模拟较复杂过程等优点。本文针对风冷式平直翅片管冷凝器进行数值研究。

  1 物理问题

  本文的研究对象为空调设备中常见的整体式平直翅片管,其几何尺寸如表1所示。

  由于整体式翅片管换热器的周期性和对称性的特点,我们可以选取一个计算单元来研究。另外,为了避免出流边界回流对计算结果的影响,将计算区域延长10倍,保证出口边界没有回流。对所取控制容积生成六面体网格,总结点数为160X12X10(不包括延长区域)

  2 控制方程

  本文计算三维流动,假设空气流动是不可压缩、层流且为稳态流动。空气的物性参数为常数。

  3 边界条件

  管壁为固体边界,恒温308.15K(35);上下翅片为固体边界,恒壁温308.15K(35);空气来流温度为298.15K(25)。由于空气温度变化不大,所以其物性参数取为常数(300 K时的参数)。出流边界采用局部单向化,其他边界取为对称边界条件。

  4 结果分析与讨论

  图1表示的是来流空气流速y=2.0 m/s时所取控制容积中心截面上的温度分布。从图中可以明显看到两排管后方的尾流区,该区域有回流,温度明显高于周围区域。图2所示为中心截面上的压力分布,可以看到压力变化趋势,在两排管之间压力变化较小。这是由两方面原因决定的:一方面流速降低会使静压增大,而另一方面由于剪切力会使压力降低。在两排管之间压力有些振荡,这是由局部空气流速的变化引起的。本文所计算其他不同来流空气流速的情况,温度和压力变化趋势是相同的。

  5 结 论

  本文针对在不同空气来流速度时的两排管整体平直翅片风冷冷凝器进行了数值计算,得出空气侧温度场与压力场分布,并由计算结果进一步得出空气侧换热系数与压降。较为复杂的情况还有待于进一步研究。

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