不同翅片條件下徑向熱管熱器的仿真與優(yōu)化.pdf

1、徑向熱管換熱器不僅具有傳熱效率高、壓力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊及可靠性高等優(yōu)點，而且還能有效解決傳統(tǒng)換熱器普遍存在的低溫露點腐蝕問題，在冶金、化工等多個領(lǐng)域尤其是中低溫余熱回收中得到了廣泛應(yīng)用。開展徑向熱管換熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究對提高換熱效率節(jié)約能源、保護環(huán)境具有重要意義。
　　本文以徑向熱管換熱器為研究對象，借助FLUENT軟件對其殼側(cè)流場、壓力場及溫度場進行了仿真分析;采用綜合性能評價指標(biāo)PEC作為換熱器評價指標(biāo)，研究了矩形、三角形及拋

2、物線型三種翅片條件下翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)及管間距對換熱器性能的影響規(guī)律，并利用正交試驗法對不同翅片條件下?lián)Q熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，得到了最佳翅片類型及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)采用數(shù)值仿真方法對徑向熱管換熱器殼側(cè)流場、壓力場及溫度場分布進行了分析研究，結(jié)果表明:上游熱管回流區(qū)是一對旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，下游熱管回流區(qū)漩渦出現(xiàn)周期性脫落并形成單偏流現(xiàn)象;熱管相對來流方向的兩側(cè)壓力大小不斷變化，可導(dǎo)致?lián)Q熱器發(fā)生振動;壓力

3、最大點位于首排管束前端駐點處，最小點位于末排管束最小過流斷面處;管束迎風(fēng)側(cè)煙氣速度大，換熱比較強烈，等溫線較密集，而背風(fēng)側(cè)情況相反;末排熱管回流區(qū)易出現(xiàn)酸露點腐蝕，應(yīng)重點加以防范;
　　(2)對三種典型翅片條件下翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)及管間距對換熱器綜合性能的影響規(guī)律進行了研究，結(jié)果表明:翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)及管間距對換熱器的傳熱性能具有顯著影響。在一定范圍內(nèi)，三種典型翅片情況下?lián)Q熱器綜合性能隨特定結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律是一致的，翅片間距、翅片厚度、橫

4、向間距、縱向間距增加時，PEC先增大后減小;翅片高度增加時，PEC減小;各結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)取值范圍為:翅片間距6mm～7mm，翅片厚度1.0mm～2.0mm，橫向間距125mm～135mm，縱向間距105mm～125mm，翅片高度取管外徑的一半;
　　(3)以換熱器綜合性能PEC為優(yōu)化目標(biāo)，利用正交試驗的方法分別對三種典型翅片情況下影響徑向熱管換熱器換熱性能的5種結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化分析，得到最優(yōu)翅片類型為拋物線型，且相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)