论文总字数：20536字

摘 要

翅片管作为换热器中经常用到的换热元件，其传热性能的好坏会直接影响到换热设备的装配、性能、造价、适用条件、适用范围等各个方面。因此，本文针对矩形翅片椭圆管型翅片管进行深度探究，从椭圆管的长短轴之比、翅片间距、翅片厚度、进口风速、翅片高度数进行分析，从而得出结论。

本文基于ANSYS Icepak热仿真模拟软件进行建立模型和分析传热流动情况。我们截取一部分散热空间，矩形翅片管外为空气，温度在30℃左右，压力为标准大气压，基管长度选取0.1m。确定相关变量进行研究：

选取不同的矩形翅片椭圆管长短径比，其值分别为1.5、3、5，计算Re和Nu之间的变化关系和观察其他工质的状态变化情况，通过计算和分布图分析的方法，长短径比的变化对翅片管的传热和流动影响较大，并且该值为1.5时，管内外对流换热效果最好。接着研究翅片条件及风速对翅片管传热的强化。通过数值计算和模拟分析对不同情况下的翅片管进行传热和流动的分析，发现对翅片管性能影响较大的因素有翅片间距、进口风速和翅片高度等，但是翅片影响换热性能的同时也对翅片管整体质量、体积、造价、适用性等方面产生很大影响，所以应根据具体情况来具体选择合适的翅片管。

关键词：ANSYS Icepak 翅片管 椭圆管 矩形翅片 热仿真模拟

Heat transfer and flow analysis of oval tubes with round fins

Abstract

As a heat exchange element often used in heat exchangers, finned tubes will directly affect the heat exchange equipment's assembly, performance, cost, applicable conditions, applicable scope and other aspects. So, this article, the depth of the elliptical tube is explored, this outcome is drawn from the analysis of the ratio of the long and short axes of the elliptical tube, the fin spacing, the fin thickness, the inlet wind speed, and the fin height.
The paper builds a model and analyzes the heat transfer flow based on ANSYS Icepak thermal simulation software. The main parameters are selected as the external environment is air, the air temperature is 28℃, the pressure is 101.325kpa, the length of the base pipe is 100mm. The main research contents are:
First, select the ratio of the different tubes. When the K values ​​are 1.5, 3, and 5, respectively, through numerical calculation and cloud chart analysis, the change of K value has a greater impact on the heat transfer and flow of the finned tube. , The best effect is when the K value is 1.5. Then, the effects of different paddle spacing, paddle height, paddle thickness and entry wind speed on the heat transfer of the paddle tube were analyzed. Through numerical calculation and simulation analysis, the heat transfer and flow analysis of the finned tube under different conditions are analyzed. The changes in inlet wind speed, fin spacing and fin height have a greater impact on the performance of the finned tube, but the fins have a greater impact on the heat transfer performance. The change also has a great impact on the overall quality, volume, cost, and applicability of the finned tube, so the appropriate finned tube should be selected according to the specific situation.

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1研究背景 1

1.2 矩形翅片椭圆管的优点 1

1.3 研究方法 2

1.4 各性能参数对翅片换热器的影响 2

1.5 研究现状 3

第二章 矩形翅片椭圆管的模型介绍 5

2.1 物理模型设计 5

2.1.1 几何模型 5

2.1.2物理描述 5

2.2 数值模型的设计 7

2.1.2 边界条件 7

2.1.3 工质流动假设 8

2. 参数设置与模型建立 8

2.3.1 建模步骤 9

2.2.2 模型的网格划分 15

2.2.3 求解计算 17

2.2.4 后显示处理 18

2.4本章小结 20

第三章 数值模拟结果与讨论 21

3.1椭圆管长短轴K之比对性能的影响 21

3.1.1 利用数据分析椭圆管长短轴K之比对翅片管散热器的散热性能的影响 21

3.1.2 云图分析椭圆长短轴之比对翅片管散热器的散热性能的影响 22

3.1.3 分析结果 25

3.2 翅片间距S对性能的影响 26

3.2.1数值分析 26

3.2.2 云图分析 27

3.2.3分析结果 30

3.3 翅片厚度对翅片换热器性能的影响 31

3.3.1数据分析 31

3.3.2云图分析翅片厚度对翅片换热器性能的影响 32

3.3.3 分析结果 36

3.4.1 利用数据分析翅片管不同迎面风速对翅片管散热器性能的影响 36

3.4.2 云图分析分析翅片管不同迎面风速对翅片管散热器性能的影响 37

3.4.3 分析结果 40

3.5.1 利用数据分析翅片管不同的翅片高度h对其翅片管散热器的散热性能的影响 41

3.5.2 云图分析翅片管翅片高度对翅片管散热器的散热性能的影响 41

3.5.3 分析结果 44

3.6 本章小结 44

第四章 模拟结论 45

第五章 结论和展望 46

5.1结论 46

5.2展望 46

参考文献 48

致谢 51

第一章 绪 论

1.1研究背景

在当今世界经济大发展的前景下，工业生产的规模及能耗不断提高，翅片管换热器作为一种强化传热设备具有很大的竞争优势，提高其性能可以达到节约能源、降低成本的效果，受到了广泛的关注，值得研究。数据参数模拟是目前相对成熟的方法。本研究课题即利用模拟参数的方法对翅片管传热和流动性能进行分析，获得相关结论，为翅片管应用提供理论基础。

随着我国工业的迅速发展, 为满足矿口和严重缺水地区建厂需求，对空冷器的需求大大增加。因此，国内学者的研究兴趣主要为空冷元件的类型、流动性能、换热性能等。空冷器由于其翅片管元件的阻力特性、传热等条件占据了绝对优势。而此类优势来源于翅片管元件本身的性质，如材料、型式、几何尺寸、制造方法以及排列方式等^[1]。

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