翅片管式换热器的数值模拟与优化

翅片管式换热器的数值模拟与优化

化工进展

翅片管式换热器的数值模拟与优化

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CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第29卷增刊

翅片管式换热器的数值模拟与优化

司子辉，张燕，康一亭，欧顺冰

（西华大学能源与环境学院，四川成都 610039）

摘要：利用FLUENT数值模拟方法，研究两种翅片（波纹三对称穿孔翅片与波纹翅片）的表面流动性与传热性，得到不同风速表面传热系数的分布。表面传热系数模拟结果与实验数据的误差为5%～10%，证明该模拟方法的正确性。研究结果表明：当气流速度不同时，波纹三对称穿孔翅片表面传热系数比波纹翅片表面传热系数高20%～28%，节约能耗，强化传热。关键词：翅片；数值模拟；表面传热系数

中图分类号：TB 657.5；TQ 008 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2010）S2–082–05

Numerical simulation and optimization of finned tube heat exchanger

SI Zihui , ZHANG Yan, KANG Yiting, OU Shunbing

(School of Energy and Environment，Xihua University，Chengdu 610039，Sichuan，China)

Abstract: The performance of surface flow and heat transfer of two kinds of different finned-tubes (wavy three symmetric holes fin surfaces and wavy fin surfaces) are numerically studied by using FLUENT software, and distributions of convection heat transfer coefficients are obtained. The error of surface heat transfer coefficient between simulation results and experimental data ranges from 5% to 10%, which proves the feasibility of the simulation method. The results show that the convection heat transfer coefficients of the wavy three symmetric holes fin surfaces increase by 20%—28% compared to the wavy fin surfaces, thus saving energy and enhancing heat transfer. Key words: fin; numerical simulation; surface heat transfer coefficient

圆管圆形翅片管具有较优的传热和阻力性能。本文翅片管式换热器应用广泛，其强化传热的数值

作者提出一种波纹穿孔翅片管换热器，对其传热与模拟的研究一直是研究者普遍关注的课题。翅片管

流动特性进行三维数值模拟。研究波纹开孔翅片的式换热器具有结构紧凑、体积小、质量轻、经济等

速度场分布、压力场分布和温度场分布，为翅片管突出的优点，在航空航天、汽车空调、石油化工等

换热器研究和工程应用提供参考。领域得到越来越广泛的应用。翅片的类型和结构尺

寸是影响换热器性能的重要因素。苏华等[1]对穿孔

1 物理模型与边界条件

翅片管进行了实验研究和数值分析，结果表明：在

翅片管式换热器换热过程：换热铜管中的高温平翅片表面局部换热系数较低、换热薄弱的区域开

制冷剂（水）的热量通过导热的形式传递给管外圆孔的穿孔翅片管的换热系数可提高12.5%，而阻

翅片，翅片的热量以对流方式传递给翅片表面冷力增加不超过7%。王厚华等[2]对平直翅片表面的换

热系数分布进行了数值模拟和实验研究，结果表明：空气，通过不停地吹入新的冷空气达到冷凝的目空气外掠单块矩形翅片管时，管后尾流区域的存在