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(diǎn)，而且還能有效解決傳統(tǒng)換熱器普遍存在的低溫露點(diǎn)腐蝕問題，在冶金、化工等多個(gè)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(duì)提高換熱效率節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。
　　本文以徑向熱管換熱器為研究對(duì)象，借助FLUENT軟件對(duì)其殼側(cè)流場(chǎng)、壓力場(chǎng)及溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析;采用綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)PEC作為換熱器評(píng)價(jià)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(duì)換熱器性能的影響規(guī)律，并利用正交試驗(yàn)法對(duì)不同翅片條件下?lián)Q熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)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(duì)徑向熱管換熱器殼側(cè)流場(chǎng)、壓力場(chǎng)及溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明:上游熱管回流區(qū)是一對(duì)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(duì)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(dòng);壓力

3、最大點(diǎn)位于首排管束前端駐點(diǎn)處，最小點(diǎn)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(qiáng)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(diǎn)腐蝕，應(yīng)重點(diǎn)加以防范;
　　(2)對(duì)三種典型翅片條件下翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)及管間距對(duì)換熱器綜合性能的影響規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)及管間距對(duì)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(shí)，PEC先增大后減小;翅片高度增加時(shí)，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(yàn)的方法分別對(duì)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(jìn)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)