摘 要

利用商业软件ANSYS-icepak模拟了空气在不同流速下流经H型翅片圆管的流动和换热过程.利用软件生成了翅片的温度分布云图和烟气的速度云图,比较分析了在不同空气流速下,翅片的翅片厚度，翅片间距，翅片管传热以及阻力特性在开缝情况受到的影响.体现如下, H型翅片的翅片开缝导致来凤的另一侧出现涡旋特征，使得其具有自我净化能力、对烟尘的吸附能力小的功能; 翅片间距，开缝宽度增加,导致空气腔里面空气流速减小流动损失降低，努塞尔数减小。伴随着翅片厚度连续增加，导致空气的流动形式发生改变，变高紊流。翅片管导热特征与其成正向分布，同时却提升了空气的摩擦系数;

关键词：软件模拟 H型翅片 传热 流动

Heat transfer flow analysis of H-shaped finned tubes

Abstract

The commercial software ANSYS-icepak was used to simulate the flow and heat transfer process of air flowing through the H-shaped fin tube at different flow rates. The software generated the temperature distribution of the fin and the velocity map of the flue gas, and analyzed the different air in different air. At the flow rate, the fin thickness of the fin, the fin spacing, the fin tube heat transfer and the resistance characteristics are affected by the slitting situation. The following is shown, the fin opening of the The results show that the special groove structure of the H-shaped fin forms a longitudinal scouring flow field on the leeward side. The obvious three-dimensional flow characteristics make it have the function of self-cleaning and not easy to accumulate dust; the fin spacing and the slit width increase, causing the average air velocity in the flow channel to decrease, the Nusselt number to decrease, and the channel loss to decrease. The thickness of the fins is continuously thickened, which in turn increases the turbulence intensity of the air, and increases the heat transfer performance of the H-shaped finned tubes while increasing the flow resistance;

Keywords: software ；simulation； H-type fin heat； Transfer flow

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2 H型翅片管的特点及优势 1

H型翅片圆管的好处 2

1.3 H型翅片管的研究现状。 3

1.4小结 4

第二章 H型翅片圆管的模型介绍 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

2.2.1 边界条件 7

2.2.2 流动假设 7

2.3参数设定与模型建立 7

2.3.1 建模步骤 8

图2.3.12 建立机 9

2.3.2 模型的网格划分 12

2.3.3求解计算 13

2.3.4后显示处理 13

2.4 本章小结 14

第三章 数值模拟结果与讨论 15

3.1 翅片间距对翅片管传热与流动分析 15

3.1.1 15

3.1.2云图分析翅片间距对翅片管流动和传热的影响 16

3.2翅片厚度对翅片管传热和流动分析 17

3.2.1 利用数据分析翅片厚度对翅片管传热和流动的影响 17

3.2.2 利用云图分析翅片厚度对翅片管传热和流动的影响 18

3.5 开缝宽度对翅片管流动和传热的影响 20

3.5.1 利用数据分析开缝宽度对翅片管流动和传热的影响 20

3.5.2 利用云图分析开缝宽度对翅片管传热和流动分析 21

3.5 迎面风速对翅片管传热和流动性能的影响 22

3.5.1利用云图分析开缝宽度对翅片管传热和流动性能的影响 22

第四章 结论与项目发展 25

4.1总结 25

4．2项目发展 25

参考文献 26

致 谢 29

绪论

1.1课题研究背景及意义

翅片管换热器作为一种重要的强化传热设备，其性能的提高能达到节约能源降低生产成本的目的，受到了广泛的关注和研究[1]。在中国，一些燃煤发电机组煤质差，灰分含量高，燃煤种类多变，严重影响火电机组的安全运行，特别是锅炉尾烟的节能管束，因为它烟气温度较低，粉煤灰颗粒的硬度较大，因此灰尘积聚和磨损问题非常严重。

我国大概有50多万台工业锅炉，其主要是燃煤锅炉，每年消耗约为4.4亿吨标准煤，占国家能源总消耗的19.8％[2]。经过这么多年的发展，我们的生活越来越离不来能源的使用，只有充足的能源储备，我们的制造业和科学研发才可以突飞猛进的的发展，全面建成现代化的社会。在2019年的现在，我们正在面临着一个巨大的挑战，我们遭遇了去求最大的能源危机，每天我们消耗的能源正以一个恐怖的数字飞速上升，但是我们给下一代留下的资源却是越来越少，所以我们必须做新时代青年，从我们的身边做起，合理用能，带头做新时代的先锋者，为以后的家园添加一份我们的帮助。据统计，煤炭占世界能源消耗的1/4，我国是耗能大国，且主要消耗的能源是煤炭，而每年工业锅炉消耗的煤炭约占当年产量的1/3[2]。工业锅炉排烟温度高达200～300℃，平均热效率只有60％左右，为节约能源，回收烟气余热是提高工业锅炉效率的关键[3]。工业锅炉安装上余热回收装置后，其热效率一般可提高3％～10％，若按平均6％计算，全国每年节约煤炭可达2654万吨，经济效益十分显著[3]。针对燃煤工业锅炉，采用Ｈ型翅片管省煤器来提高其进水温度，强化传热，促使煤炭燃尽烧透，是烟气余热回收利用的有效措施之一[3]。

H型翅片管省煤器由英国公司在2O世纪5O年代开发，其目的是寻找可以可靠地工作于肮脏、具有腐蚀性氛围和引起磨损物料环境中的传热元件[4]。H型翅片管省煤器首先被欧洲的锅炉制造商使用，2O世纪90年代初期，随着外国公司的锅炉进入中国，出现在一批350MW和600MW的燃煤机组锅炉上[4]。伴随着我国五位一体政策的开展，我们已经将H型翅片管省煤器全面应用到热电站煤粉锅炉中，针对于H型翅片管省煤器来说，他可以放置的位置比较灵活、与其他设备相比还特别节约能耗。

1.2 H型翅片管的特点及优势

Ｈ 型翅片管从出现至今越来越得到各国研究者的高度重视。他拥有工艺简单,能增大管内、外换热面积,强化传热的特点。由于H型翅片的翅片开缝导致来凤的另一侧出现涡旋特征，使得其具有自我净化能力、对烟尘的吸附能力小的功能;同时增加了空气腔的流速，进一步的使得空气入口和出口区域的传热均匀，降低了翅片的传热不规律的情况，使得翅片的传热单元数增加以及翅片和空气的对流传热的传热比增加，成为一个能够增加传热的有效途径之一[5] 由于H型翅片的翅片开缝导致来凤的另一侧出现涡旋特征能够引起传热加强，同时会降低管子对大颗粒物的吸附能力，使得其变为研究热点[6]。 为研究H 形翅片管的热流向与流动时的摩擦因子的物理特征，科学家找出了形形色色的模拟方式，但是最后研究出的成果各不相同，作为新一代青年，我们应该尊重科学，要做到严谨，实事求是。所以其不能作为一个真实可靠的报告[6]。为了能够得到一个大家都认可的答案，我对H型翅片圆管在不同翅片间距，开缝宽度，翅片厚度下的导热特征以及流动的摩擦因子开始了多组模拟研究，将其进行比较。在此时，我们将前人的计算方式进行总结，然后对比计算得出我们在本次模拟中所需要的公式。

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