一种环状布置三角形波纹开缝圆管翅片的研究

一种环状布置三角形波纹开缝圆管翅片的研究

彭三国李兆辉

广东美的暖通设备有限公司广东佛山528000

摘要：基片表面上强化传热结构，带来对流体的扰动均会增加泵功，不同形状翅片的强化机理不同，效果也不一样。本文提供一种三角形波纹开缝换热表面，采用FlUENT模拟仿真，对比了不同流速下，本文翅片和平片、百叶窗的换热效果，结果表明本文提出的翅片在流速越高综合效果越好。

关键词：开缝翅片、强化传热

1引言

换热器的主要用途是由温差进行热量的交换。空调系统中的蒸发器和冷凝器通常设计为管翅式换热器，制冷剂在管内冷凝或蒸发，传热系数成千上万，管外为空气强制对流，传热系数几十到上百。因此80%以上的热阻集中在管外侧。为了增强传热，通常在铝片上冲有圆形通孔，在通孔上穿插铜管，然后胀管使得铜管与铝片紧密接触。铝片表面的翅片形状决定了空气流场与温度场的分布，直接影响空气侧传热效率。本文提出一种环状布置三角形拱形开缝圆管翅片，综合性能优，适合应用在空调换热器装置上。

2仿真结果和分析

本文提供一种三角形波纹开缝换热表面，圆管上套有基片，基片上沿着流体流动方向冲有凹凸相间的三角形波纹，和圆管共用圆心，呈圆环状布置，离圆管最远的基片边缘开有一条直线波纹增强传热。图1是本文的整体结构示意图。图2是图1的A-A截面发大图。为了强化空气侧对流传热，提供了一种三角形波纹开缝翅片表面圆管翅片。换热圆管上套有若干组基片，在基片上沿着换热管的周围冲压有若干凹凸相间的三角形波纹开缝（见图2），呈圆环排列。图3是本文的三维立体图。

图3三维立体图

采用FLUENT模拟仿真本文的翅片和平片、百叶窗在不同流速下的换热效果。图4，图5分别是空气来流以风速2m/s掠过百叶窗和本文时某截面的温度分布云图。从温度分布云图可看出，百叶窗翅片第二排圆管后部温度存在一个很大的等温区域，圆管后部以导热扩散为主，对流传热偏弱。

图5本文截面的温度分布云图

图6是本文和平片、百叶窗传热性能对比图，横坐标是摩擦因子f乘以雷诺数Re3，代表消耗相同泵功。流速从1m/s到4m/s，对应来流雷诺数908~3633。纵坐标是传热量比值Q/Q0。从图6可看出，在不同来流速度，本文提出的翅片比平片在传热能力高出20%~52%，流速1m/s时比百叶窗能力偏低5%，本文提出的翅片在低流速时对流体的混合不如百叶窗强烈。流速在2~4m/s范围内，本文提出的翅片比百叶窗翅片在相同耗功条件下传热能力高出5%~16%。从图6可以看出，流速越高，本文提出的翅片对比平片和百叶窗翅片综合效果越好。

图6本文和平片、百叶窗传热性能对比图

图7是本文和平片、百叶窗传热性能对比图，横坐标是摩擦因子f乘以雷诺数Re3除以努赛尔数Nu，纵坐标是面积比。图7代表了在消耗相同的泵功，维持相同传热量的条件下，本文提出的翅片与对比的翅片面积比。从图中可以看出，流速从1m/s到4m/s，本文提出的翅片对比平片可以节省19%~37%的传热面积。流速从2m/s到4m/s，对比百叶窗可以节省5%~15%的传热面积。流速越高，节省面积百分比越大。

图7本文和平片、百叶窗传热性能对比图

3结论

本文提出的翅片利用了强化传热的原理，提供了一种高效低阻的翅片表面，较大的提升了管翅片式换热器空气侧的传热与阻力性能。本文提出的翅片对比平片在来流速度1~4m/s范围内同泵功约束条件下高出了20%~52%，对比百叶窗翅片1m/s时能力偏低5%，2~4m/s时能力高出了5%~16%。仿真结果表明本文提出的翅片在低流速下混合不如百叶窗强烈，本文提出的翅片在流速越高综合效果越好。

参考文献：

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