新型百叶窗翅片对流换热特性研究.pdf

设计计算
新型百叶窗翅片对流换热恃性硏究
张丽娜,高长银2,刘敏珊
(1.郑州航空工业管理学院,河南郑州450015;2.郑州大学,河南郑州450002)
摘要:百叶窗翅片广泛应用在紧凑式换热器中,基于传统矩形百叶窗结构,提出两种新型矩/梭形
百叶窗翅片,利用 FLUENT软件对不同结构的百叶窗翅片流场、温度场进行模拟分析,对比不同结
构百叶窗翅片的传热和阻力特性。研究表明,由于流道变截面的影响,使得梭形百叶窗和矩/梭形
百叶窗有较高流速的流体冲刷加热管壁面,从而梭形百叶窗和矩/梭形百叶窗传热效果增强,其综
合性能均优于矩形百叶窗,矩/梭(2/1)形百叶窗传热j因子相对较高,综合性能较好。
关键词:百叶窗;对流换热;传热强化
中图分类号:TH184;TB657.2文猷标志码:A文章编号:1001-4837(2014)05-0046-05
oi:10.3969/j.isn.1001-4837.2014.05.07
Research on Convective Heat Transfer Characteristics of
New Kinds of Louver pins
ZHANG Li-na, GAO Chang-yin, LIU Min-shan
(1. Zhengzhou Insitute of Aeronautical Industry Management, Zhengzhou 450015, China; 2. Zhengzhou U-
niversity, Zhengzhou 450002, China)
Abstract: Louvered fins are widely used in compact heat exchangers. Two kinds of louvers were proposed
based the traditional rectangle louver. The flow field and thermal field of louvered fins are simulated by
sofeware FLUENT. The characteristics of heat transfer and resistance are compared to different kinds of
louvers. Due to the changed flow sections, the spindle louver and rectangle/spindle louver have higher
flow velocity near the heated tube wall, the heat transfer is enhanced and comprehensive performance is
beer than rectangle louver. The factor of rectangule/spindle (2/1 )louver is highest and the compre
hensive performance is best
Key words: louvered fins; convective heat tranfer; heat transfer enhance
甚金项目:国家自然科学基金项目(51076145);河南省科技厅科技攻关项目(132102210153);河南省敬育厅科技攻关项目
(14A480004)
第31卷第5期
压力容器
总第258期
0引言
1模拟结构与边界条件
百叶窗翅片对空气造成扰流,从而使边界层
采用空调气冷器的百叶窗翅片为实际物理模
变薄,降低热阻,所以百叶窗式空气冷却器被广泛型,由于结构的对称性,模拟中采用一半的百叶窗
应用于汽车空调换热器。近年来,国内外许多学翅片长度。其结构单元百叶窗翅片如图1所示,
者对百叶窗翅片换热器的流动、传热和阻力特性图1(a)为矩形百叶窗结构、图1(b)为梭形百叶
进行试验和模拟研究1。AOKI等?通过对百窗结构、图1(c)为矩/梭形百叶窗结构、图1(d)
叶窗翅片传热的试验研究得到,空气流速较低,随为矩形长度和梭形长度的示意图。模拟计算边界
着翅片间距的增加,传热系数降低;同时,在28°条件见图2。扁管管壁采用定壁温358K,在与流
30°百叶窗角度,传热系数达到最大值。动垂直方向上采用周期性边界条件,百叶窗固体
ANTONOU:等?通过放大模型试验研究,发现在壁面与流体进行耦合换热,流动介质选用空气,采
Re达到1300,流动保持层流和稳定状态;当Rep
用速度进口,进口温度为308K,压力出口,压力
>1300,该第一或第二百叶窗开始湍流。TAF速度耦合采用 SIMPLIC算法,并且采用二阶迎风
等从叶窗翅片结构研究中发现,R,等于400格式进行离散。网格刘分采用结构化网格和非结
时,百叶窗出口尾流处出现失稳。由于结构参数构化网格相结合的技术方法,控制整个计算空间
(如百叶窗角度、百叶窗间距、百叶窗长度、翅片的网格质量不低于0.8,同时确保网格数量对计
间距等)较多,优化百叶窗翅片结构,需要很长的算结果无影响。百叶窗翅片计算模型的具体结构
时间,同时试验费用较高;而数值模拟研究克服了参数见表1。
这些困难,同时,能够获得较为详细和直观的翅片
间流动与传热信息,从而被广泛应用于研究
HSIEH等?利用数值模拟方法,对百叶窗翅
片不同的角度下,换热器的传热和压降特性进行
研究,发现不同倾斜角度相对同一种倾斜角度时,
具有较高的传热特性,但还具有较高的阻力损失。
PERROTIN等(?对紧湊式百叶窗换热器进行了
二维和三维数值模拟研究,发现二维模型高估了
传热系数(高达80%),使用三维模型的计算结果
与试验数据非常接近。
文中在矩形百叶窗的基础上提出了梭形、矩/
(a)
(b)
梭形百叶窗结构,矩/梭表示百叶窗翅片矩形长度
与梭形长度的比,相邻百叶窗中间翅片部分(固
图1不同百叶窗翅片形状
体)切除,形成流体流动通道。由于在接近管壁
附近,边界层较厚,梭形、矩/梭形百叶窗形状为中
固体壁面
耦合面
间较宽,从中间向管连接方向渐缩,流体在接近管
连接部位速度较高,以较高流速冲刷管壁,相对矩
形百叶窗而言,梭形、矩/梭形百叶窗管壁附近流
体边界层较薄,具有较高的温度梯度,从而增强了
管壁附近换热。文中应用 FLUENT软件,对不同
百叶窗结构下空气的流场、压力场和温度场进行
出口
周期面
对称面
进口
了计算研究,分析不同Re数对换热和流动性能的
影响。
图2模拟计算边界条件
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