H型鰭片管束傳熱與流阻特性的數值模擬及結構優(yōu)化.pdf

1、換熱器的換熱性能可通過擴展表面得到提高，因此，電站鍋爐、工業(yè)余熱鍋爐省煤器換熱管已逐步由光管擴展為翅片管，H型鰭片管是其中較為新型的一種。相比傳統(tǒng)的螺旋鰭片管省煤器，H型鰭片管省煤器表現出了不易積灰、空氣阻力小、受熱面磨損輕等優(yōu)勢，所以在省煤器的改造和設計中得到了很廣泛的應用。在此背景下，對H型鰭片管束傳熱及流阻特性進行相關研究具有重要的理論意義和實際價值。
　　以往關于H型鰭片管束傳熱及流阻特性的研究中存在以下幾點不足:以方形鰭

2、片肋效率代替H型鰭片肋效率，導致計算結果誤差增大;實驗管束結構單一，只能得出某一種結構下H型鰭片管束的相關特性;模擬研究中相應的驗證性實驗不足，模擬結果可信度不高;結構優(yōu)化大多還處于理論分析層面，結合實際運用的較少。本文從這幾方面出發(fā)，以數值模擬為主、驗證性實驗為輔的方法對H型鰭片肋效率、管束傳熱及流阻特性、管束結構優(yōu)化等方面進行了系統(tǒng)分析和研究，得出主要結論如下:
　　(1)H型鰭片肋效率總小于相應尺寸方形鰭片肋效率，當H型鰭片

3、的縫寬、高度和表面換熱系數較大，厚度和導熱系數較小時用方形鰭片肋效率代替H行鰭片肋效率是不妥的。經數值計算得到的H型鰭片肋效率線算圖滿足查詢需求，可作為相關理論和工程計算的參考依據。
　　(2)從模型對稱性、流體物性函數化、網格經濟性和規(guī)格化、收斂判據周全性等方面考慮，建立了適合大量計算的模型，通過此模型計算得到了基準管束結構在某一工況下管束外流體的速度、溫度、壓力等分布情況。通過對比實驗發(fā)現模擬得出的Nu數最大相對差為-7.81

4、％，Eu數最大相對差為-25.86％，都在誤差允許范圍內，從而驗證了模型的可靠性。
　　(3)模擬計算得出了H型鰭片管束Nu數、Eu數、肋效率和綜合因子隨各管束結構參數的變化情況，綜合考慮各結構參數對管束傳熱及流阻特性的影響，分別擬合出了H型鰭片管束傳熱和流阻特性關聯(lián)式，通過對式中流體項和結構項的模擬驗證以及相關文獻實驗結果的對比驗證，證明關聯(lián)式具有較好的適用性。最后，通過對鰭片材料選擇的討論得出碳鋼(wc=1％)適合作為H型鰭片