西安石油大学本科毕业设计论文
进行计算。
35.034.834.613328034.4199920266560Nu34.234.033.833.65000010000066640vfr=5.3m/s150000200000250000300000 Grid Number
(a) Nu数与网格数关系
50045066640400?p / Pa350199920133280266560300vfr=5.3m/s25050000100000150000200000250000300000 Grid Number
(b) ?p与网格数关系 图3-7 网格无关性考核
3.3几何参数对波纹翅片管翅式换热器的换热阻力性能的影响
影响波纹翅片管翅式换热器换热性能的参数有波纹翅片形状、管排数、翅片间距Fp、波峰到波谷投射长度Xf和波峰到波谷高度Pd等。本节通过数值计算考核这些因素对波纹翅片管翅式换热器流动换热性能的影响。 3.3.1 波纹翅片形状的影响
波纹翅片一般分为人字形和光滑形，本节通过数值计算方法来考察波纹翅片形状对流动换热的影响，管子的材料为白铜，翅片的材料为铝合金。计算模型采用的波纹翅片几何参数如表3-5所示。
表3-5 波纹翅片几何形状
翅片形式
N
d2/mm δf /mm Fp/mm
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Pt /mm Pl /mm Xf /mm Pd /mm
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光滑形 人之形
6 6
15.88 15.88
0.2 0.2
2.3 2.3
38.1 38.1
33.0 33.0
5.5 5.5
1.5 1.5
计算结果如图3-8～图3-11所示。从图3-8和图3-9可以看出，Nu数随着迎风速
?p同样随着迎风速度的增大而增加；度的增大而增大，从图3-10和图3-11可以看出，
j因子随着ReDc的增大而减小，?p同样随着ReDc的增大而减小。
50 smooth wavy计算值 herringbone wavy计算值45Nu40353056789vfr / m/s
图3-8翅片形式对波纹翅片换热性能的影响 100090080070060050040030056789 smooth wavy计算值 herringbone wavy计算值?p / Pavfr / m/s
图3-9翅片形式对波纹翅片阻力性能的影响 0.0050.00450.004 smooth wavy计算值 herringbone wavy计算值0.0035j0.0030.0025100001200014000160001800020000ReDc
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图3-10 翅片形式对波纹翅片换热性能的影响 0.650.60.550.5 smooth wavy计算值 herringbone wavy计算值f0.450.40.35100001200014000160001800020000ReDc
图3-11 翅片形式对波纹翅片阻力性能的影响
强化换热的同时往往伴随着压降增加，评价一种传热强化方式的优劣是研究传热强化方法中的一个重要问题。本节采用j/f的评价准则对这两种翅片的综合换热性能进行比较，如图3-21所示。
0.010.009 smooth wavy计算值 herringbone wavy计算值0.008j/f0.0060.005100001200014000160001800020000ReDc 0.007
图3-12两种翅片形式j/f比较
由图3-12可知，光滑波纹翅片的j/f显然大于人之形波纹翅片的j/f，光滑波纹翅片的换热性能尽管稍微减小，但是却可以较大程度减小压降，这和文献[3]的比较结果是一致的，表明了光滑波纹翅片是一种性能优异的波纹翅片形式。 3.3.2 管排的影响
不同管排光滑波纹翅片管翅式换热器流动换热性能计算结果如图3-13和图3-14所示。由图3-13和图3-14可以看出，随着管排数的增加，Nu数和f因子均减小，当管排数大于4以后，翅片的Nu数和f因子都相差很小，这表明当管排数大于4排以后，翅片表面的换热与阻力性能几乎不受管排数的影响。
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10080 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 60Nu402056789vfr / m/s
图3-13管排对波纹翅片换热性能的影响 0.80.70.6 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 f0.50.40.356789vfr / m/s
图3-14管排对波纹翅片阻力性能的影响
3.3.3 翅片间距的影响
本节对3种不同的翅片间距进行了数值计算，翅片间距Fp分别为2.1mm、2.3mm和2.5mm，计算模型采用的换热器其他几何参数如表3-6所示。
表3-6 波纹翅片管翅式换热器几何形状
翅片形式 光滑形
N 4
d2/mm
15.88
δf /mm 0.2
Pt /mm
38.1
Pl /mm
33.0
Xf /mm
5.5
Pd /mm
1.5
50 Fp=2.1mm Fp=2.3mm45 Fp=2.5mmNu40353056789vfr / m/s
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西安石油大学本科毕业设计论文 图3-15 翅片间距对换热性能的影响 0.8 Fp=2.1mm0.7 Fp=2.3mm Fp=2.5mm0.6f0.50.40.30.256789vfr / m/s
图 3-16 翅片间距对阻力性能的影响
不同翅片间距对换热与阻力影响如图3-15和图3-16所示。从图中可以看出，随着翅片间距的增大，Nu数和f因子均减小。这就是说，随着翅片间距的减小，换热及阻力均增加。
分析原因；因为翅片间距变小，相当于通道高度变窄，上下两翅片壁面处的温度梯度变大，使得换热增强。翅片间距变小，翅片通道速度变大，阻力也就增加。从另外一个角度来看，当固定一个换热器芯体的体积时，采用小的翅片间距可以加装更多的翅片数目，增加换热面积，从而增加换热器的紧凑度。因此，当追求更加紧凑的换热器时，可以考虑采用小的翅片间距，但需要考虑阻力的增加。 3.3.4 波峰到波谷投射长度的影响
本节对3种不同的波峰到波谷投射长度进行了数值计算，波峰到波谷投射长度Xf分别为5.5mm、8.25mm和16.5mm，计算模型采用的换热器其他几何参数如表3-7所示。
表3-7 波纹翅片管翅式换热器几何形状
翅片形式 光滑形
N 4
d2/mm
15.88
δf /mm 0.2
Pt /mm
38.1
Pl /mm
33.0
Fp /mm
2.3
Pd /mm
1.5
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