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摘 要

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。工业余热回收中重要设备的性能的好坏直接影响了过程工业热经济性的高低^[1]。圆管翅片式换热器是一种常见的换热器^[2], 是空调冷凝器、蒸发器常用的一种散热设备。 目前用得比较多的为铜管铝翅片管式散热器^[3] 。

本文分为三个部分：首先，文章对翅片管式热交换器的定义、结构、国内外研究和发展现状进行综述。其次，采用流体计算软件Icepak对影响翅片管式换热器的流动和传热性能的因素进行数值模拟分析。最后，通过理论计算设计了一台空气冷却器，以形成对换热特性的全面了解。保持其他参数不变时，翅片间距变大，努赛尔数Nu减小，范宁摩擦系数f减小，对热阻R几乎没有影响。保持其他参数不变时，翅片厚度变大，努塞尔数Nu变大，范宁摩擦系数f变大和热阻R减少。保持其他参数不变时，翅片高度变大，努塞尔数Nu变大，范宁摩擦系数f变大，热阻R减少。保持其他参数不变时，迎面风速变大，雷诺数Re变大，努塞尔数Nu变大，范宁摩擦系数f减小，热阻R减小。

关键词：圆翅片管 数值模拟 传热特性 流动特性

Analysis of heat transfer and flow about in-line arrangement of circular finned tube

Abstract

With the development of economy, energy consumption is too high a factor restricting the further development of economy China. The performance of important equipment of industrial waste heat recovery in a direct impact on the process of industrial economy of the high and low heat^[1] .Tube fin type heat exchanger is a kind of heat exchanger^[2]common air conditioning condenser, evaporator, is a commonly used cooling equipment.More with the copper tube aluminum fin tube type radiator^[3].

This paper is divided into three parts: firstly, review the finned tube heat exchanger of the definition, structure, domestic and foreign research and development status. Secondly, using computational fluid dynamics software Icepak, numerical simulation analysis of influence factors of flow and heat transfer performance of the finned tube heat exchanger. Finally, through the theoretical calculation and design an air cooler, a comprehensive understanding of the heat transfer characteristics of formation.Keeping other parameters unchanged, fin spacing increases, Nusselt number Nu decreases, the fanning friction factor f decreases, almost no effect on the thermal resistance of R. Keeping other parameters unchanged, fin thickness increases,the Nusselt number Nu becomes larger, the fanning friction factor F andresistance R are reduced greatly. Keeping other parameters unchanged, fin height becomes larger, the Nusselt number Nu becomes larger, the fanning friction factor f increased, R decreased thermal resistance. Keeping other parameters unchanged, the wind speed increases, Re becomes large Reynolds number, Nusselt number Nu becomes larger, the fanning friction factor fdecreases, R decreases the thermal resistance.

Keywords: Circular finned tube Numerical simulation Heat transfer characteristics Flow characteristics

目录

摘要 I

Abstract II

符号说明 V

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 翅片管研究进展 2

1.2.1 翅片管的实验研究 2

1.2.2 翅片管的数值模拟研究 3

1.3 结语 4

第二章 翅片管模型的建立 5

2.1 ICEPAK软件介绍 5

2.1.1 软件介绍 5

2.1.2 应用领域 5

2.1.3 主要作用 5

2.1.4 主要过程 5

2.1.5 特色功能 5

2.1.6 客户价值 6

2.2 翅片管物理模型及介绍 6

2.2.1 翅片管热交换器的构造及工作原理 6

2.2.2 物理模型 8

2.3 翅片管几何模型 8

2.4 小结 10

第三章 数值模型建立 11

3.1 边界条件 11

3.2 数值参数设定及模型建立 11

3.2.1 模型建立 12

3.2.2 网格划分 12

3.2.3 网格质量检查 13

3.2.4 网格划分展示 14

3.2.5 网格无关性检查 15

3.3 小结 17

第四章 数据处理及分析 18

4.1 传统理论计算方法 18

4.2 相关控制方程 20

4.3 模拟结果后处理计算 21

4.4 计算所得数据与模拟结果分析 22

4.4.1 云图分析 22

4.4.2 温度分布点图 26

4.4.3 翅片间距对翅片管换热器的影响 27

4.4.4 翅片厚度对翅片管换热器的影响 35

4.4.5 翅片高度对翅片管换热器的影响 43

4.5 小结 49

第五章 典型翅片管换热器-空冷器设计 50

5.1 空冷器的设计过程 50

5.2 小结 52

第六章 结果与展望 53

6.1 结论 53

6.2 展望 53

参考文献 54

致谢 57

附录 58

符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

翅片管是为了提高换热效率，通常在换热管的表面通过加翅片，增大换热管的外表面积（或内表面积），从而达到提高换热效率的这样一种换热管。翅片管的种类很多，大体可按下述几个方面进行分类：

（1）按加工工艺分类：1)、轧制成型翅片管 2)、焊接成型翅片管（高频焊翅片管、埋弧焊翅片管） 3)、滚压成型翅片管 4)、套装成型翅片管 5)、铸造翅片管 6)、张力缠绕翅片管 7)、镶片管。

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