板翅式换热器数值研究

板翅式换热器数值研究
                      
     翅片是板翅式换热器最基本的元件,翅片与隔板的连接均为完善的钎焊,传热过程一部分直接由隔板来完成,另一部分通过翅片来完成,由于翅片不像隔板是直接把热量传给冷流体,故翅片有"二次表面"之称。板翅式换热器的翅片形式主要有:平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片、百叶窗翅片、多孔翅片和钉状翅片等。板翅式换热器由于其具有体积小、质量轻、效率高、适应性强等一系列优点,在石油、化工、空气分离、制冷空调以及航天航空、电子等诸多工业领域得到越来越广泛的应用。
   

3　网格划分
    在进行数值模拟的过程中,网格划分部分是最关键的工作之一,网格的好坏直接影响着计算速度和计算结果的收敛性。本文的模型结构比较规则所以采用网格质量好、计算速度快、内存占用量少的六面体结构化网格分别对流体和固体部分进行划分。网格的疏密程度对模型计算结果也有很大的影响。计算之前首先对网格进行独立性测算,采用不同的网格密度重复同样的计算,比较所得的结果,当模型进一步细化网格,在工程允许的偏差范围内数值解已几乎不再发生变化,即认为此解为网格独立的解。在对计算网格加密以后,重新分析计算结果,通过比较结果发现,网格数量为36万左右时能够满足计算的精度要求。
4　边界条件设置
    本文模拟的固体部分翅片材料选用金属铝,流体介质采用稳态不可压缩的水,计算采用标准层流模型,压力和速度耦合采用SIMPLE算法,边界条件采用速度进口和压力出口,假设流体进口温度为300 K。由于翅片底部和隔板是完善的钎焊,通过导热方式传热,在建模型的过程中将该面画成一个面,fluent就自认为是一个导热面,假设该面为恒定壁温325 K;翅片与介质水对流换热的面设置为壁面条件wall中的耦合换热,即couple;模型两侧边设置为对称边界即symmetry。在求解过程中,当连续性方程、动量方程和能量方程中的变量残差分别达到10-3、10-3和10-6时认为计算收敛。
 
5以加热流体为例理论分析如下,假设通过隔板直接传给流体的热量为Q1,通过翅片导热传给流体的热量为Q2,则二次传热面的传热过程是沿着翅片的高度方向进行的,这时一方面通过热传导不断导入热量,另一方面通过翅片表面和流体的对流换热把热量传给冷流体。
               
    由于沿流体方向的翅片长度大大超过翅片的厚度,所以翅片的导热可以看作一维导热,翅片两端的温度最高等于隔板温度tg,随着翅片和流体的对流换热,温度不断降低,在翅片中部趋于流体温度tf。翅片中的温度分布沿翅片高度方向逐渐向中间降低,相对于翅片中线大致成对称分布。为此,说明此模拟结果与理论结果相符。相同Re数下,翅片越厚流体的平均Nu数越小,而压降越大;相同Re数下,翅片越高流体的平均Nu数越小,压降也越小;相同Re数下,翅距越小流体的平均Nu数越小,而压降越大。