论文总字数：27608字

摘 要

本文通过计算流体力学软件来优化空气冷却器。文中所使用的计算流体力学软件为Icepak，应用有限容积法，求解三维稳态、流场和传热等问题，预测其流场变化和温度场分布情况。

文中在三维坐标系下，在65×112×145mm³的计算空间建立了模型。基管材料选择为碳钢，长度为145mm，基管的直径D选取为16mm，工作介质选择水。翅片材料选择碳钢，翅片形状为矩形，选取宽度=50mm。翅片和基管的焊接方式为高频焊接。翅片管的排布方式顺排结构。同时针对空气冷却器的运行工况，设置散热工质为34℃标准压力下的空气，并设置空气进口速度，进行强制对流散热。选取的迎面风速分别为：1.5m/s、2 m/s、3.5m/s、4.5 m/s、6 m/s。

本文对顺排矩形翅片圆管传热与流动性能进行了数值模拟分析，分析了三个主要影响因素：翅片间距、翅片厚度、翅片宽度对换热系数、摩擦系数和传热热阻的影响。翅片间距分别为3mm、4mm、5mm、6mm和7mm，翅片厚度分别为0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm，翅片宽度分别为42mm、44mm、46mm、48mm、50mm。模拟结果表明：翅片间距，厚度，宽度对翅片管传热与流动有影响，相同雷诺数时，翅片间距增大，换热系数减小，摩擦系数，传热热阻减小；翅片厚度对摩擦系数的影响效果显著，翅片厚度增大，换热系数增大，摩擦系数增大而传热热阻减少；翅片宽度增加，换热系数增大且存在最优值使摩擦系数，传热热阻较小。

关键词：顺排 空气冷却器 矩形翅片 数值模拟

Analysis on heat transfer and flow of the row of rectanguular tube

Abstract

This article is through computational fluid dynamics software to optimize the air cooler.This paper uses computational fluid dynamics software of Icepak based on finite volume method to solve three-dimensional steady state, the flow field and heat transfer problems, and to predict the changes in flow field and temperature field distribution.

The model was made in area of 65×112×145 mm³ based on the three-dimensional coordin -ate system. Pipe material chooses carbon steel. Pipe length is 145mm, and the diameter of the based tube is selection for 16mm. It chooses water as the working medium. Fin material also choose carbon steel, and fin shape is rectangle, selecting 50 mm as side. Fintube’s welding method is high frequency welding. Tube arrangement was in-line arrangement . Cooling refrigerant was air under standard pressure of 34℃.Setting up the air inlet velocity to forced convection. Face speed was set to 1.5m/s、2m/s、3.5 m/s、4.5m/s or 6 m/s.

The aligned rectangular fin are analyzed by numerical simulation of flow and heat transfer performance of tube .Three factors were considered: fin space (1.5mm、2mm、3.5mm、4.5mm and 6mm), fin thickness (0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm),fin width (42mm、44mm、46mm、48mm、50mm). Three parameters were compared: film heat transfer coefficient, friction coefficient and thermal resistance. The results shown that: Fin spacing, thickness, width have impact on heat transfer and flow ，when Nu is same, Fin spacing increases, the heat transfer coefficient increases, the friction coefficient and thermal resistance decreases .Fin thickness have significantly affect on the friction coefficient , fin thickness increases, the heat transfer coefficient increases, the friction coefficient increases while the thermal resistance decreases .Fin width is increased, the heat transfer coefficient is increased and there is an optimal value of the coefficient of friction, heat transfer resistance is small.

Keywords: in-line arrangement , air cooler, rectangular fin, numerical simulation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 翅片管简述 2

1.3 对强化翅片管传热性能的一些研究 3

1.4 矩形翅片管相关研究 4

1.5 本章小结 5

第二章 数值模型建立 6

2.1 ICEPAK软件简介 6

2.2 物理模型 6

2.3 几何模型 8

2.4 边界条件 10

2.3 网格划分 11

2.4 网格无关性检查 14

第三章 模拟结论分析 15

3.1传统理论分析 15

3.2相关控制方程 17

3.3模拟结果后处理计算 31

3.4模拟结果云图分析 19

3.4.1温度场 19

3.4.1速度矢量场 21

3.4.2速度标量场 23

3.5模拟结果与讨论 26

3.5.1翅片间距对翅片管散热性能的影响 26

3.5.2翅片厚度对翅片管散热性能的影响 29

3.5.3翅片宽度对翅片管散热性能的影响 32

3.6 本章小结 34

第四章 模拟结论 35

4.1空冷器模型及介绍 35

4.2典型翅片管换热器空冷器设计 37

第五章 结果与展望 40

5.1结论 40

5.2展望 40

参考文献 42

第一章 绪论

1.1引言

随着经济的发展，能耗过高成了制约中国经济进一步发展的因素。提高能源的利用率是有效解决能源问题的手段之一， 节能成为我国能源工作的重点， 其中工业余热利用就是节能工作中非常重要的一部分^[1]。换热器是工业传热过程中必不可少的设备,几乎一切工业领域都要使用,同时其理论研究也相当深入^[2-3]。多年来,各工业部门广泛地应用列管式换热器,随着科技及工业的发展,要求换热设备紧凑、轻巧、高效并小型化,而一般的列管式换热器不能满足上述要求,这就促使人们去研究高效换热器。其中翅片管换热器和板式换热器是人们研究得最多的两种高效换热器^[4],翅片管是组成翅片管热交换器的核心元件,其质量的优劣直接影响到热交换器的工作性能^[5]。正确计算换热器工作性能对于整个系统节能以及稳定运行有着重要意义。相对于制冷剂侧而言, 空气侧的流动和传热对换热器的性能影响更大。因此详细、准确地预测换热器空气侧的流动和传热特性, 对其优化设计和评价十分必要^[6]。

请支付后下载全文，论文总字数：27608字