西安石油大学本科毕业设计论文
50 Xf=2.75mm Xf=4.125mm45 Xf=8.25mmNu40353056789vfr / m/s
图3-17 波峰到波谷投射长度对换热性能的影响 0.80.70.60.5 Xf=2.75mm Xf=4.125mm Xf=8.25mmf0.40.30.20.156789vfr / m/s
图3-18 波峰到波谷投射长度对阻力性能的影响
不同波峰到波谷投射长度对换热与阻力影响如图3-17和图3-18所示。从图中可以看出，随着波峰到波谷投射长度的增大，Nu数和f因子均减小。也就是说，随着波峰到波谷投射长度的减小，换热及阻力均增加。
分析原因；因为波峰到波谷投射长度变小，相当于在翅片长度不变的情况下，翅片波纹的数目增大。这样流体在波纹翅片通道中流动时，由于波纹的数目增大导致流体流向的改变次数增多，更频繁的产生二次流及边界层分离，从而使传热效果得以增强，同样由于流体流向的改变次数增多，流动阻力也随之增大。 3.3.5 波峰到波谷高度的影响
本节对3种不同的波峰到波谷高度进行了数值计算，波峰到波谷高度Pd分别为1.3mm、1.5mm和1.7mm，计算模型采用的换热器其他几何参数如表3-8所示。
表3-8 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
Xf /mm
5.5
28
西安石油大学本科毕业设计论文
50 Pd=1.3mm45 Pd=1.5mm Pd=1.7mmNu40353056789vfr / m/s
图3-19 波峰到波谷高度对换热性能的影响 0.8 Pd=1.3mm0.7 Pd=1.5mm Pd=1.7mm0.60.5f0.40.30.256789vfr / m/s
图3-20 波峰到波谷高度对阻力性能的影响
不同波峰到波谷高度对换热与阻力影响如图3-28和图3-29所示。从图中可以看出，随着波峰到波谷高度的增大，Nu数和f因子均增大。也就是说，随着波峰到波谷高度的增大，换热及阻力均增加。
分析原因；因为波峰到波谷高度变大，相当于在翅片间距不变的情况下，流体在通道内流动距离增大，流动时间增多，从而使传热效果得以增强，同样由于流体流动距离增多，流动阻力也随之增大。
29
西安石油大学本科毕业设计论文
总 结
本文研究了光滑波纹翅片管翅式换热器的换热与阻力特性，同时给出了在一定范围内对应的努塞尔数和摩擦因子与雷诺数的实验关联式；接着对光滑波纹翅片管翅式换热器建立了数学模型，对换热器内空气侧的流动和换热进行数值模拟，并与实验结果进行了对比；最后应用数值计算的方法考察了波纹形式、管排、翅片间距、波峰到波谷投射长度和波峰到波谷高度对流动换热性能的影响。所得结论如下：
(1) 波纹翅片管翅式换热器换热性能随着迎风速度的增大而增大，换热器的阻力损失同样随着迎风速度的增大而增加，在实验范围内给出了摩擦因子与努塞尔数与雷诺数的实验关联式, 为相关的工业应用提供理论根据。
(2) 波纹翅片管翅式换热器流动换热性能计算结果与试验值相差很小，Nu数计算值与试验值最大偏差为2.6%，?p计算值与试验值最大偏差为6.9%，可以认为光滑波纹翅片计算模型是可靠的。
(3) 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，表明了光滑波纹翅片是一种性能优异的波纹翅片形式。
(4) 当管排数大于4排以后，波纹翅片的换热与阻力性能几乎不受管排数的影响。 (5) 数值计算结果表明，翅片间距和波峰到波谷投射长度越小，空气侧换热越强，同时空气侧的阻力越大；波峰到波谷高度越大，空气侧换热越强，同时空气侧的阻力越大。
30
西安石油大学本科毕业设计论文
参 考 文 献
[1] 李祥华，宋光强．几种新型换热器的特点及使用状况对比[J]．化肥工业．2001， 9(1)；78-80．
[2] Rich D G. The effect of fin spacing on the heat transfer and friction performance of milti-row smooth plate fin-and-tube heat exchangers[J].ASHRAE Transaction. 1973.79:137-145.
[3] Saboya F E M, Sparrow E M. Local and average transfer coefficients for one-row plate fin and tube heat exchanger configurations [J]. Journal of Heat Transfer 1974,96:265-272.
[4] McQuiston F C. Heat mass and momentum transfer data for five platc-fin tube transfer surfaces [J].ASHRAE Transaction,1978,84:266-293.
[5] Xu Z G. A numerical and experimental study of turbulent flow through the evaporator coil in an air-conditioning unit [J].International Journal of Refrigeration, 1996,19(6):369-381.
[6] Balaji C, Vcnkateshan S P. Combined conduction, convcction and radiation in a slot [J].International Journal of Heat and Fluid Flow, 1995,16( 2): 139-144.
[7] Rammohan Rao V, Vcnkatcshan S P. Experimental study of free convcction and radiation in horizontal fin arrays [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1996.39(4):779-789.
[8] Abu Madi M, Johns R A, Hcikal M R. Performance characteristics corrckUion for round tube and plate finned heat cxchangcrs [J].International Journal of Refrigeration, 1998, 21(7):507-517.
[9] Meyer C J, Kroger D G. Plenum chambcr flow losses in forced draught air-cooled
heat
cxchangcrs
[J].Applied
Thermal
Engineering,
1998.18(9-10):875-893.
[10] Atkinson K N, Drakulic R, Moikal M R, ct al. Two-and three-dimensional numerical models of flow and heat transfer over louvcrccl fin arrays in compact heat exchangers [J].International Journal of Heat and Mass Transfer, 1998,(24):4063-4080.
[11] Wang J, Hirs G G, Rollmann P. The performance of a new gas to gas heat exchanger with strip fin [J].Energy Conversion and Management. 1999.40( 15-16):1743-1751.
31
西安石油大学本科毕业设计论文
[12] Romcro-Mcndez R, Sen M, Yang K T, ct al. Effect of fin spacing convcction in a plate fin and tube heat cxchanger[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2000,43( 1):39-51.
[13] Meyer C J, Kroger D G. Air-cooled heat exchanger inlet flow losses [J].Applied Thermal Engineering,2001,21(7):771-786.
[14] Kcupiczka R. Rotlcegel A, Walczyk H, ct al. An experimental study of convectivc heat transfer from extruded type helical finned tubes [J].Chemical Engineering and Proccssing,2003,42( ] ):29-38.
[15] Kim Y, Kim Y. Heat transfer characteristics of flat plate finncd-tubc heat exchangers with large fin pitchf [J].International Journal of Refrigeration 2005,28(6):851-858.
[16] Sahin H M, Dal A R, Baysal E. 3-D Numerical study on the correlation between variable inclined ftn angles and thermal behavior in plate fin-tube heat cxchangerfJ]. Applied Thermal Engineering,2007.27(11-12):1806-1816.
[17] Naphon P. Effcct of wavy plate geometry configurations on the temperature and flow clistributions[J],International Communications in Meat and Mass Transfcr,2009,36(9):942-946.
[18] Choi J M, Kim Y, Lcc M, ct al. Air side heat transfer cocfiicicnts of discrete plate finncd-tubc heat cxchangcrs with large fin pitch [J].Applied Thermal I:nginccring.2010,30(2-3): 174-180.
[19] BoiTajo-Pclacz R, Ortega-Casanova J. Ccjudo-Lopez J M. A three-dimensional numerical study and comparison between the air side model and the air/watcr side model of a plain fm-and-tube heat cxchangcr [J].Applied Thermal Enginccring.2010,30:1608-1615.
[20] Aris M S, McGIen R. Owen L. ct al. An experimental investigation into the deployment of 3-D.finned wing and shape memory alloy vortex generators in
a forced air convcction heat pipe fin stack[J].Applied Thermal Engineering,2011,31(14-15):2230-2240.
[21]
Aslam Bhutta M M, Hayat N, Bashir M H, ct al. CFD applications in various
heat exchangers design:A review [J].Applied Thermal Engineering.2012,32:1 -12.
[22] 王先超,水黎明,刘继华.板翅式换热器波纹翅片传热特性与流阻分析[J].河 南机电高等专科学校学报,2010,18(2):6-10
[23] 李媛,凌祥.板翅式换热器翅片表面性能的三维数值模拟[M].石油机 械,2006,34(7):10-14
32
西安石油大学本科毕业设计论文
[24] 李媛, 凌祥,铝板翅式换热器翅片表面性能的实验研究[M].石油机械,2005, 33 ( 10):1-4
[25] 王维斌,傅宪辉,吴茂刚,等.典型波纹翅片单元流动与传热特性的数值研究 [M]机械设计与制造,2010,12:198-200
[26] 黄小辉,毕小平,李贺佳.板翅式机油散热器空气冷却侧阻力性能数值模拟[J]. 装甲兵工程学院学报,2008,22(5):24-27
[27] 陶文铨．数值传热学[M]．西安：西安交通大学出版社：2001．15-18．
从论文开题、数经修改，到最终的脱稿，时光不知不觉慢慢流逝。终于到了毕业答辩，请各位教授、专家审核评定的日子。静下心来，回首这段时间的点点滴滴，心中顿时无限感慨。论文工作的开展离不开导师、同学及其他老师的关怀和指导。在此，特别向他们表示衷心的感谢和敬意。
首先，导师唐玲虹严谨的治学态度、开阔的学术思维、渊博的科学知识、忘我的工作热情、谦虚的做人品质和高尚的育人师德，无论在学术还是生活上都给我无尽的启迪，使我人生受益。
感谢班主任和专业相关的老师，为本论文工作的顺利开展奠定了基础。在此，向在开题过程中指导的各位老师表达由衷的感谢和敬意！
感谢同门贾鹏飞，李建华，夏志鹏等在本论文完成期间给予的帮助，我向他们请教了很多的问题，并颇有收获 。
感谢宿舍的哥们在生活和学习上对我的帮助和支持，指导fluent的学习，很高兴能和他们共同度过这学生最后阶段。这段时光将珍藏于我的记忆，便纵有千种风情，更与何人说！
感谢我的父母及家中长辈给予我的支持与鼓励，家长的期望是我我顺利完成学业的最大动力。
最后，衷心感谢在百忙之中评审本论文和参与答辩的各位专家、教授！
致 谢
33