第7卷第2期2008年6月热科学与技术JournalofThermalScienceandTechnologyVol.7No.2Jun.2008文章编号:1671-8097(200802-0120-06风冷翅片管换热器传热特性研究程金强,梅宁*,赵杰(中国海洋大学工程学院,山东青岛266100摘要:以铜铝复合翅片管为研究对象,结合翅片管换热器传热性能分析,给出其传热过程的物理模型。通过流固界面传热耦合,利用计算流体力学(CFD软件进行模拟,对翅片管在不同风速、风温下的翅片管换热过程中温度场的分布进行数值模拟,得到翅片管的肋片效率,翅片管传热系数等一系列数值。并建立了试验台对其进行验证,结果表明翅片管能满足溴冷机在风冷条件下作为吸收器的散热要求。关键词:翅片管;流固界面传热耦合;溴化锂吸收式制冷机中图分类号:TK124文献标识码:A收稿日期:2008-02-18;修回日期:2008-03-19.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50676086.作者简介:程金强(1984-,男,硕士生.通讯作者:梅宁(1961-,男,博士,教授,博士生导师.E-mail:nmei@ouc.edu.cn0引言用普通的光管组成的热交换器,在很多情况下,管外流体和管内流体对管壁的换热系数是不一样的。比如圆管内部是流动的水,其换热系数为5000W/(m2K,而管外流动的是烟气,其换热系数只有50W/(m2K,二者相差100倍。由于空气侧的换热能力远远低于水侧,限制了水侧换热能力的发挥,使得空气侧成为传热过程的瓶颈,限制了传热量的增加。为了克服空气侧的瓶颈效应,强化传热效果,在空气侧外表面加装翅片,使空气侧原有的传热面积得到了极大的扩展,弥补了空气侧换热系数低的缺点,使传热量大大提高。传热管两侧换热系数如果相差较大,则应该在换热系数小的一侧加装翅片,但是会引起流动阻力的增加,两者应权衡利弊。翅片管传热系数受肋片高度、间距、厚度、形状、材料及制造工艺等因素影响。翅片高度增加到一定程度后,如果再继续增加,散热量会减少,使翅片效率降低;翅片不能太密,否则容易产生积灰,而且清灰困难,还会增加工艺难度,提高加工成本。一般,在能源工程上应用的翅片管,其翅化比在5~12;而在空调,空冷行业,其翅化比在15~22。铜铝复合翅片管具有耐压强度高、传热快、体积小、重量轻、高效节能等诸多优点,是高效传热管件发展的一个重要方向,其上肋片加工方法有直接铸造、轧制、切削制作和缠绕金属薄片等[1]。采用大型三维数值模拟软件对传热构件进行模拟,已成为近年来对高效传热器研究的一种重要手段,它不但可以得到可靠的结果,还可以大幅减少试验研究的工作量[2-3]。本文对翅片管在不同风速、风温下的换热过程中温度场的分布进行数值模拟,得到翅片管的肋片效率、翅片侧的换热系数及其散热量等一系列数值,为高效传热翅片管能否应用于小型溴冷机中吸收器部分提供了基本的数据。1物理模型1.1模拟对象描述该模型除了考虑传热外,还有翅片外流场的模拟,所以属于三维传热流体运动耦合问题,考虑到计算机硬件配置及计算时间的问题,模型选取了长为11.5mm的一段翅片管,包括四个梯形肋片,外部流场考虑到空气外掠翅片管需要一个充分发展空间,定义了一个长矩形风洞,在沿吹风方向上,进口处距离翅片顶端20mm,出口处距离翅片顶端60mm,垂直于吹风方向的四个面距离翅片距离均是10mm。本文研究的铜铝复合翅片管外形描述如图1所示,基本结构数据见表1。变截面的环形肋片能够提高肋片效率,同时也可以减轻肋片的重量[4]。表1铜铝复合翅片管结构参数Tab.1StructureparametersofCu-Alcombinedfinnedtube翅片外径/mm翅根直径/mm翅高/mm翅根宽/mm翅顶宽/mm翅片间距/mm铜管外径/mm铜管内径/mm5727150.40.22.32520图1模拟对象描述Fig.1Objectofsimulation1.2风冷翅片管物理模型复合翅片管换热器计算物理模型,翅片管衬管内表面实现溴化锂吸收水蒸气并放出吸收热,此热量作为热源传向管外翅片侧,翅片侧有环境风吹过实现散热,其主要特点及假设为1复合翅片管由基管和衬管组成,外部肋片为变截面环肋,等大小等间距排列。2复合翅片管各材质热物性在所模拟温度范围内为定值。3风冷条件下,管外吹风空气物性为常数,且为不可压缩流动。4管内吸收放热由均匀热流密度或者恒定壁温来模拟实现。5基管与翅片管之间为面全接触,不考虑接触热阻,为传热耦合面。6外部风洞尺寸要比翅片管大,...