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低压省煤器H型鳍片管优化传热数值研究
低压省煤器H型鳍片管优化传热数值研究
摘要：本文通过对低压省煤器H型鳍片管进行优化设计，提高其传热效率和能量利用率。通过数值模拟方法分析H型鳍片管内部传热机理，研究各个参数对传热效果的影响，最终确定了最优设计参数，使其传热性能达到最佳状态。
关键词：低压省煤器；H型鳍片管；传热数值模拟；优化设计；传热性能
一、引言
近年来，随着经济的快速发展和社会生活水平的提高，对能源的需求量不断增加。尤其是在工业生产领域，能源的消耗比例更高。因此，如何提高能源的利用效率，减少能源的浪费，成为当前工业生产领域的重要问题。
低压省煤器是燃煤锅炉中的一种节能设备，其作用是在锅炉排放的烟气中回收废热，用于加热锅炉进水，减轻燃料消耗，降低排放物的浓度。H型鳍片管是低压省煤器中的重要部件，其具有加强烟气紊流、提高传热效率、减小设备体积等优点。因此，对H型鳍片管的传热性能进行优化设计，可以有效提高低压省煤器的节能效果。
二、H型鳍片管的传热数值模拟模型与优化设计
1.数值模拟模型
本文采用Fluent软件对低压省煤器H型鳍片管的传热过程进行数值模拟。其中，采用k-ε双方程模型作为湍流模型，采用离散相模型作为颗粒相模型。
2.参数优化设计
在数值模拟过程中，需要确定H型鳍片管的各项设计参数。其中，关键的参数包括鳍片长度、鳍片高度、鳍片数量、管径等。
本研究中，采用正交试验法对设计参数进行优化。首先，在经验数据基础上确定设计方案的参数范围，然后在三因素正交试验方案中进行参数设定，选定6组参数进行数值模拟计算，并求出传热率，进行参数优化设计。
其中，优化设计的目标是使H型鳍片管的传热效率最大化。在模拟计算中，设定烟气入口温度为200℃，出口温度为100℃，水入口温度为20℃。
在模拟计算中，通过不断修改方案的设计参数，得到一组最佳参数，即鳍片长度为40mm，鳍片高度为5mm，鳍片数量为15个，管径为45mm。
三、优化设计结果与分析
通过数值模拟计算得到的H型鳍片管的传热率为305.27W/m2·K。与单纯的圆管相比，H型鳍片管的传热率提高了78.5%左右，表明H型鳍片管的优化设计能够有效提高低压省煤器的节能效果。
同时，根据优化设计参数的敏感性分析，发现长度和高度是影响传热率的最主要因素，而管径和鳍片数量的影响次之。因此，在H型鳍片管的优化设计中，应首先考虑鳍片长度和鳍片高度的设定。
四、结论
本研究通过数值模拟分析，对低压省煤器H型鳍片管的传热机理和优化设计进行了深入研究。通过正交试验法设计参数，采用Fluent软件模拟计算，得出一组最优设计参数，确定了鳍片长度为40mm，鳍片高度为5mm，鳍片数量为15个，管径为45mm。通过对比分析，发现优化设计的H型鳍片管能够显著提高传热率，具有较高的节能效果和应用前景。