列管式輻射對(duì)流冷熱交換器供熱性能模擬與提升.pdf

1、列管式輻射對(duì)流冷熱交換器是一種可以同時(shí)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(duì)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(duì)該末端設(shè)備的供熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在室內(nèi)環(huán)境溫度為18℃時(shí)，表面溫度為30～45℃范圍內(nèi)，列管式輻射對(duì)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(yùn)用CFD模擬，建立不同工況下列管式輻射對(duì)流冷熱交換器的供熱模型，對(duì)系統(tǒng)換熱性能進(jìn)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(duì)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(jí)以下的微肋范疇。為研究肋片高度與帶肋管的自然對(duì)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(duì)流傳熱的數(shù)值計(jì)

3、算(CFD)模型，并對(duì)光管和肋片高度取0.3～20mm的帶肋管進(jìn)行了管外自然對(duì)流傳熱模擬和分析。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肋片屬于微肋范疇時(shí)，其對(duì)換熱管換熱能力的增強(qiáng)效果并不明顯:當(dāng)肋高為1.2mm時(shí)，帶肋管的換熱性能（η）相比于光管僅增大了1.8％;在肋高達(dá)到5mm時(shí)，帶肋管的η與光管相比提升了16.1％?？梢該?jù)此特點(diǎn)簡(jiǎn)化列管式輻射對(duì)流冷熱交換器的計(jì)算模型。
　　通過(guò)對(duì)設(shè)備傳熱特點(diǎn)的分析和空氣流動(dòng)狀態(tài)的計(jì)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(duì)流冷熱交換器在房間內(nèi)供熱工況下傳熱模型。為了對(duì)上述模型進(jìn)行驗(yàn)證，本文搭建了試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了同工況實(shí)測(cè)，結(jié)合測(cè)試結(jié)果對(duì)設(shè)備供熱量進(jìn)行了分析。對(duì)比了三種典型供熱工況下的實(shí)測(cè)與模擬計(jì)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(shí)測(cè)值吻合度較好，最大相對(duì)誤差不超過(guò)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(qiáng)設(shè)備的供熱性能的改進(jìn)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(dòng)，進(jìn)而增強(qiáng)對(duì)流傳熱?；谏鲜霾呗?，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(fēng)管后的設(shè)備的數(shù)值模型，并對(duì)設(shè)備改進(jìn)后的換熱性能進(jìn)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(duì)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(duì)增長(zhǎng)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(dòng)氣流的流速大小和方向?qū)υO(shè)備換熱增強(qiáng)效果的影響，得到了在風(fēng)速滿足室內(nèi)