列管式輻射對流冷熱交換器供熱性能模擬與提升.pdf

1、列管式輻射對流冷熱交換器是一種可以同時滿足夏季供冷和冬季供熱的建筑用空調(diào)末端設(shè)備。該末端設(shè)備與室內(nèi)環(huán)境的主要傳熱方式為輻射與自然對流。與傳統(tǒng)散熱器相比，輻射供熱方式具有較好的舒適性和節(jié)能性。有研究者對該末端設(shè)備的供熱性能進行了實驗研究，在室內(nèi)環(huán)境溫度為18℃時，表面溫度為30～45℃范圍內(nèi)，列管式輻射對流冷熱交換器的總供熱量為533.2～862.1W，單位散熱面積供熱量為157.2～254.2W/m2，與傳統(tǒng)散熱器相比，供熱能力仍存在提

2、升空間。本文擬在理論分析的基礎(chǔ)上，運用CFD模擬，建立不同工況下列管式輻射對流冷熱交換器的供熱模型，對系統(tǒng)換熱性能進行了模擬，在此基礎(chǔ)上提出設(shè)備供熱性能提升方案，并研究其提升效果。
　　列管式輻射對流冷熱交換器的換熱主體為帶縱肋的換熱管，肋片高度為0.3mm，肋片屬于肋高在毫米數(shù)量級以下的微肋范疇。為研究肋片高度與帶肋管的自然對流傳熱效果之間的關(guān)系，建立了與該換熱器換熱管的基管管徑和高度相同的，帶縱肋的單管管外自然對流傳熱的數(shù)值計

3、算(CFD)模型，并對光管和肋片高度取0.3～20mm的帶肋管進行了管外自然對流傳熱模擬和分析。研究發(fā)現(xiàn)，當肋片屬于微肋范疇時，其對換熱管換熱能力的增強效果并不明顯:當肋高為1.2mm時，帶肋管的換熱性能（η）相比于光管僅增大了1.8％;在肋高達到5mm時，帶肋管的η與光管相比提升了16.1％?？梢該?jù)此特點簡化列管式輻射對流冷熱交換器的計算模型。
　　通過對設(shè)備傳熱特點的分析和空氣流動狀態(tài)的計算，以CFD為工具，基于RNG k-ε

4、湍流模型和DO輻射模型，建立了列管式輻射對流冷熱交換器在房間內(nèi)供熱工況下傳熱模型。為了對上述模型進行驗證，本文搭建了試驗系統(tǒng)進行了同工況實測，結(jié)合測試結(jié)果對設(shè)備供熱量進行了分析。對比了三種典型供熱工況下的實測與模擬計算結(jié)果，結(jié)果顯示各工況中總換熱量和輻射換熱量的模擬值與實測值吻合度較好，最大相對誤差不超過10％。
　　為了提高設(shè)備的單位投影面積換熱量，本文提出了兩種增強設(shè)備的供熱性能的改進方案:其一為采用單位體積內(nèi)結(jié)構(gòu)更加緊湊的雙

5、排管形式，其二為在設(shè)備表面增加氣流擾動，進而增強對流傳熱。基于上述策略，在原設(shè)備相應(yīng)數(shù)值傳熱模型的基礎(chǔ)上，分別建立了雙排管結(jié)構(gòu)換熱器和增設(shè)風管后的設(shè)備的數(shù)值模型，并對設(shè)備改進后的換熱性能進行了模擬。方案一相應(yīng)模擬結(jié)果顯示，雙排管結(jié)構(gòu)相對于現(xiàn)有單排管結(jié)構(gòu)換熱器的總換熱量和單位投影面積換熱量都有明顯增加，相對增長率分別為53.5％和33.8％。本文在方案二中研究了設(shè)備表面擾動氣流的流速大小和方向?qū)υO(shè)備換熱增強效果的影響，得到了在風速滿足室內(nèi)