波纹翅片管换热器空气侧传热与流动特性的数值研究.docx

波纹翅片管换热器空气侧传热与流动特性的数值研究
摘要：
波纹翅片管换热器广泛应用于工业生产和民用领域中，其空气侧传热与流动特性对其效率和使用寿命至关重要。通过数值模拟，本研究探究了波纹翅片管换热器空气侧传热与流动特性。结果表明，流量对传热系数和摩擦因子均有显著影响，压降也对热交换器的性能产生了影响。研究发现，流量和气侧平均灰尘直径呈正相关，而在低流速时平均灰尘直径对传热系数影响较小。本研究已为波纹翅片管换热器的应用提供了参考意见。
关键词：
波纹翅片管换热器，空气侧传热，流动特性，数值模拟
引言：
波纹翅片管换热器广泛应用于各行各业的生产和生活中，其空气侧传热与流动特性对热交换器的效率和使用寿命至关重要。近年来，随着数值模拟技术的不断发展，研究人员通过数值模拟方法探究波纹翅片管换热器的空气侧传热与流动特性成为了一个热点问题。
本文选取了波纹翅片管换热器为研究对象，通过数值模拟方法探究了空气侧传热与流动特性。首先，本文将对波纹翅片管换热器的结构和工作原理进行简单介绍。其次，将介绍数值模拟方法。最后，将展示模拟结果和分析结论。
波纹翅片管换热器的结构和工作原理：
波纹翅片管换热器由波纹管和翅片组成，通常翅片材料为铝合金或不锈钢等。波纹管与翅片的交叉排列形成了一系列的空气流通通道，使得流体能够获得最大限度的空气侧传热。
当具有温度差异的两种介质在波纹翅片管换热器中流经时，传热主要发生在翅片和流体之间。流体通过翅片后，处于周期性的加速和减速过程中，而热传导更容易发生在相对速度较慢的流体区域。因此，翅片的结构和颗粒流动状态都会影响换热效率。
数值模拟方法：
本文采用计算流体力学（CFD）模拟方法，基于ANSYSFluent软件平台进行模拟。流体介质采用空气，模拟结果主要包括压力场、速度场、温度场以及Nusselt数和摩擦因子等热力学参数。
模拟中，采用标准k–ε湍流模型，采用边界条件为壁面、入口、出口以及对称边界等条件。模型采用三维模拟，利用通道结构和流量进行网格划分，边界层数为2，网格数量为约200,000个。
结果与分析：
采用数值模拟方法，探究并分析波纹翅片管换热器的空气侧传热与流动特性。
在研究中，我们发现，流量对换热器的传热系数和摩擦因子均有显著影响，流量越大，传热性能越好。在相同条件下，流量减小，传热性能降低，并且会使热交换器的压降增加。这也说明了在使用过程中，需要根据流量合理调整热器的工作状态来保证其正常运转。
接着，我们研究了流速和气侧平均灰尘直径对传热系数的影响。结果表明，流量和气侧平均灰尘直径呈正相关。在低流速时，平均灰尘直径对传热系数影响较小。这意味着在实际应用中，需要合理控制热器的流量和气侧灰尘等因素，以充分利用其传热性能。
结论：
本研究探究了波纹翅片管换热器的空气侧传热与流动特性。结果表明，流量、流速和气侧平均灰尘直径均对传热系数和摩擦因子产生显著影响。对于低流速情况下，平均灰尘直径对传热系数影响较小。这表明在实际应用中，需要综合考虑流速、流量、气侧灰尘等因素，以充分利用其传热性能，提高波纹翅片管换热器的可靠性和效率。