資源描述：
《列叉排管束的流動傳熱特性研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、中國工程熱物理學會傳熱傳質(zhì)學學術(shù)會議論文編號：123628列叉排管束的流動傳熱特性研究基金項目：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展項目（G2011CB710702）和自然科學重點基金項目（51136004）資助金宇，宋晨希，喻志強，唐桂華，陶文銓（西安交通大學能源與動力工程學院熱流科學與工程教育部重點實驗室，西安710049）（Tel：029-82669106，Email:wqtao@mail.xjtu.edu.cn）摘要：本文采用商業(yè)軟件Fluent6.3.26，對本文提出的一種新型管束排列方式—列叉排管束的傳熱流動特性進行研究。常規(guī)的叉排是行叉排，即流動方向偶數(shù)行的管子相對于奇數(shù)行的
2、管子岔開半個橫向節(jié)距，而列叉排是每相鄰兩列換熱管沿主流方向岔開半個縱向間距。研究了管束排列方式、橫向管間距和縱向管間距及列偏移量的影響規(guī)律。模擬發(fā)現(xiàn)：列叉排管束換熱器的綜合性能優(yōu)于順排和傳統(tǒng)的行叉排管束換熱器，且當列偏移量為縱向管間距的一半時，列叉排管束的換熱綜合性能最好。關(guān)鍵詞：列叉排管束；管間距；綜合性能；數(shù)值模擬；工業(yè)余熱利用0前言能源危機對世界的經(jīng)濟發(fā)展和科學研究造成了巨大的沖擊，迫使人們盡力減少石油與其他二次能源的消耗，這在客觀上極大地促進了強化傳熱技術(shù)的研究。換熱器是冷熱流體交換熱量的主要裝置，是工業(yè)傳熱過程中必不可少的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門。為了提高換熱器
3、的傳熱效果必須對傳熱阻力較大一側(cè)的流體采用強化傳熱的技術(shù)，由于空氣側(cè)的熱阻常常是換熱器的主要熱阻，因此人們廣泛采用翅片來強化氣體側(cè)的傳熱性能。翅片管的傳熱與阻力特性吸引了國內(nèi)外眾多學者進行深入研究，包括對翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行的實驗和模擬研究。李會珍，康海軍等[1-4]實驗研究了翅片間距和管排數(shù)對平直翅片管等四種翅片管換熱器的換熱和阻力特性的影響。Wang等人[5-10]對波紋翅片管等多種翅片管的換熱和流動阻力特性進行了大量的實驗研究。Lozza和Merlo[11]對平直翅片、波紋翅片和百葉窗形翅片的換熱能力進行了實驗研究。Mon和Gross[12]通過數(shù)值模擬對翅片間距對順
4、排和叉排螺旋翅片管換熱器的傳熱阻力特性的影響進行研究。李志敏等[13]實驗研究了管間距對叉排螺旋翅片管管束的影響。王秋紅等[14]利用FLUENT軟件對氣流橫向沖刷叉排翅片管束進行模擬，研究管間距對換熱器流動換熱特性的影響。在工業(yè)余熱的利用中，換熱管的翅片側(cè)工作環(huán)境常含有大量的灰塵、纖維等雜質(zhì)時，雖然錯列管束與順列管束相比，換熱效果要好，但錯列管束壓力損失相對較大，而且在運行中幾乎全部飛灰顆粒等雜質(zhì)都會與之發(fā)生碰撞并造成磨損，使其受磨損程度比順列管束要嚴重，因此目前在含灰粒等雜質(zhì)較多的環(huán)境中工作時，翅片管已有向順列布置形式發(fā)展的趨勢。但是目前這種順列（順排)布置方式依然存在
5、積灰、壓力損失大等弊?。貉亓鲃臃较蛄鲃咏孛娣e的劇烈變化導致較顯著的壓力損失，在每排管子后較大的尾渦區(qū)導致積灰程度嚴重。為了開展余熱的高效利用研究，需要尋找適合于含飛灰氣體余熱回收的經(jīng)濟有效的管束排列方式，本文提出一種列叉排排列方式，即相鄰兩列換熱管沿主流方向有半個縱向間距的錯位。本文主要研究管束排列方式的影響，因此選用最簡單的光管換熱器作為研究對象。在本文中，采用Fluent軟件對光管換熱器進行數(shù)值模擬研究，分析了管束排列方式、橫向管間距和縱向管間距和列偏移量對換熱器的傳熱和阻力特性的影響。0物理模型圖1為具有四排光管的三種管束排列的結(jié)構(gòu)簡圖（結(jié)構(gòu)尺寸見表1）。其中圖1(a
6、)為順排排列，圖1(b)為行叉排排列，圖1(c)為列叉排排列。列叉排雖然在形式上似乎與行叉排類似，實際上存在本質(zhì)的差別。在橫向間距S1及縱向間距S2方面，傳統(tǒng)的行叉排與新型列叉排有以下區(qū)別：傳統(tǒng)行叉排：S2必須大于等于D；新型列叉排：S2可以小于等于D；傳統(tǒng)行叉排：S1必須大于等于D；新型列叉排：S1必須大于等于2D。D-光管直徑；S1-管束橫向節(jié)距；S2-管束縱向節(jié)距；d1－橫向偏移量；d2－縱向偏移量圖1光管換熱器結(jié)構(gòu)表1光管換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸mmDS1S2S1NS2Nd1d242601201206030601數(shù)學模型2.1控制方程假設(shè)過程是穩(wěn)態(tài)的、氣體物性為常數(shù)?？刂品?/p>
7、程包括三維、穩(wěn)態(tài)、常物性的連續(xù)性方程、動量方程和能量方程。換熱管表面設(shè)為恒定溫度，采用SIMPLE算法解決速度和壓力耦合問題。控制方程已在諸多文獻中描述，此處省略。2.2邊界條件對于順排管束由圖1可見只要取出一排來研究即可，圖２為縱向四排順排光管的數(shù)值模型。計算中為了保證入口處的流速均勻，把計算區(qū)域向上游延長５倍管徑。為了保證出口沒有回流，把計算區(qū)域向下游延長10倍管徑。入口邊界條件為速度入口，溫度均勻分布，出口邊界條件為壓力出口。模型垂直于紙面方向的前后面采用對稱邊界條件，以模擬單根管子在長度方向上很長的情形。上
