涡流发生器高度对不锈钢换热器传热影响的仿真分析

采用数值方法分析了涡流发生器高度对带隔板的弯曲矩形涡流发生器翅片传热和流动的影响，为该类型换热器的使用设计提供了理论依据。研究表明，当翅片间距为2.4mm时，涡流发生器的高度分别为1.4mm、1.7mm、2.0mm和2.3mm，在雷诺数Re相同的情况下，涡流发生器的高度为1.7mm。流的强度最高。随着雷诺数Re 的增加，努塞尔数Nu 也增加，阻力系数f 减小。在相同雷诺数下，曲线矩形涡流发生器高度不同时，努塞尔数Nu无明显差异，阻力系数随着曲线矩形涡流发生器高度的增加而增大。次级通量Se 的强度与Nusselt 数Nu 之间存在独特的关系。二次通量Se的强度越高，努塞尔数Nu越大，传热效果越好。以升压系数为衡量标准，弧形矩形涡流发生器的高度为1.7mm，以获得最佳的综合性能。

管翅式换热器用于内燃机车、空调、航空航天和化工等各个行业。换热器的传热性能和工作环境要求越来越高，节能减排越来越重要。在改善换热器传热的众多方法中，引入二次流来制作换热器通道。内部产生二次流。二次流通常比主流速度小一个数量级，但可以显着改善对流传热，而不会造成过多的流动机械能耗散。可在阻力损失较小的情况下改善二次流动传热，可大大改善对流传热。涡流发生器在换热通道中的布置是产生二次流的重要手段。胡万玲利用数值方法研究了在翅片管换热器肋侧通道安装涡流发生器后的二次流动强度和改善的传热特性。结果表明，绝对涡流JnABS及其无量纲参数可以很好地量化带涡流发生器的翅片管换热器肋侧通道中二次流的强度。

Kashyap 等人研究了水平底板上矩形涡流发生器前后表面形状变化的传热特性。 Naik等人通过数值计算研究了涡流发生器位置对直列管翅式换热器传热和阻力特性的影响。结果表明，矩形涡流发生器的马蹄形涡流和纵向涡流位于管子的上游，涡流发生器的受力越大，靠近管子的矩形涡流发生器的回流面积也越大。 Lemenand 等人使用涡度强度和努塞尔数来研究单个涡度发生器下游的动量和热传递。 Nusselt 数在涡流发生器上方达到峰值并在涡流发生器后面迅速下降，而涡流强度继续存在于涡流发生器下游并非常缓慢地下降。刚等人。而Lin等人则数值研究了在管翅式换热器管后尾流区钻孔的矩形和三角形翼涡发生器的传热和流动特性。结果表明，弯曲涡流发生器不仅可以有效减小尾流区的尺寸，而且可以产生二次流来提高翅片表面与尾流区接触的传热能力。 Wu等人用实验研究结果验证了Lin等人的数值计算结果。最近的研究表明，如Su等人所描述的，管道前驻点附近的区域，消耗了过多的机械能。原因是管道前驻点附近流速过高。如果流体以较低的流速通过管道的前驻点，则预期局部耗散的机械能较少，从而减少局部压降的损失。考虑到这一点，分流器位于管前滞流的上游，以减少管周围机械能的耗散。刘等人。和丹等人。他们通过实验研究了三角翼涡流发生器和带分隔器的四边形的传热和流动特性。研究表明，隔板可以减少管翅式换热器的机械能耗散，同时引流的作用可以更好地加强圆管换热器的传热能力。

近年来，许多学者研究了涡流发生器几何参数对换热器性能的影响。胡浩等人通过实验研究了涡流发生器之间的距离对翼型气动性能的影响。研究对象采用风洞实验方法研究4组涡流发生器（VG）的间距（S=5H、7H、13H、19H，H为VG的高度）对性能气动气动剖面的影响。风洞实验结果发现，涡流发生器对洁净翼型失速迎角（8）前的翼型升力系数影响不大。关于阻力系数和升阻比，当间距S=5H、7H时，翼型的阻力系数会增加。当S=5H 时，阻力增加高达27%，升阻比降低19%。王成钢研究了纵向涡流发生器攻角对翅片传热性能的影响。为提高翅片式换热器的传热性能，研究了不同攻角纵向涡流发生器的翅片面积，比较积分评价因子，攻角45的纵向涡流翅片效果最好2000~6000雷诺数内的整体性能。陈凯伦等人使用Workbench和Fluent软件分析了三对偏置距离弯曲涡流翅片、矩形翅片涡流生成翅片和偏置距弯曲涡流发生器开槽组合翅片。对换热器的特性进行了数值研究。

考虑弯曲涡流发生器等参数变化对换热器整体性能的影响，论文数值研究了不同弯曲矩形涡流发生器高度对涡流发生器的影响。换热器的传热和流动特性的影响。无量纲参数用于量化管内二次流的强度，以进一步分析翅片通道中的涡流特征。在此基础上，分析了弧形矩形涡流发生器高度对翅片通道内涡流特性的影响以及涡流特性与翅片整体传热特性的关系。

物理模型

带分流器的矩形弧形涡流发生器翅片换热器的结构见如图1.椭圆分流器钻在管子的滞点处，流向每个圆管后提供了一种弯曲的矩形涡流发生器。当流体流过翅片时，对管子的阻力比较大。在管前放置分流器，可以实现分流的效果，减少机械能的耗散。同时，管后的涡流发生器诱导二次流的产生，抑制解吸，产生体，从而提高管与翅片与流体之间的传热性能。

旁路和弯曲矩形涡流发生器的位置见如图2。由于涡流发生器是冲压在翅片上的，涡流发生器的厚度等于翅片的厚度。图中，水平管间距S1=25.3mm，纵向管间距S2=22mm，圆管外径Do=8.9mm，翅片间距Tp=2.4mm，涡流发生器位于背面的圆弧直径管径为RVG=8.75 mm，涡流发生器的弧长l=8.9 mm，描述弯曲涡流发生器圆周位置的参数=90，椭球中心到驻点的距离圆管S3=8.4 毫米，椭圆球导数的半长轴a=3 毫米，半短轴b=2 毫米，椭圆体的高度c=1.5 毫米。 HVG涡流发生器的垂直高度=1.4mm、1.7mm、2.0mm、2.3mm。本文件中，管材选用纯铜。在数值计算中，可以忽略管壁的热阻，将管壁视为没有壁厚和恒定温度梯度的物体。

综上所述

论文采用数值方法分析了矩形涡流发生器高度对带隔板矩形涡流发生器的翅片换热器传热特性、阻力特性和二次流动特性的影响。 JF因子综合评估了四个弯曲矩形涡流发生器相对于翅片高度的综合性能。论文结果可以总结如下。

1）在雷诺数Re相同的情况下，当弯曲矩形涡流发生器的高度HVG=1.7mm时，二次流的强度最高。

2)在相同雷诺数下，不同弧形矩形涡流发生器高度的努塞尔数Nu差异不显着，阻力系数随着弧形矩形涡发生器高度的增加而增大。

3）二次流Se的强度与努塞尔数Nu之间存在独特的关系，说明在相同雷诺数下，二次流Se的强度越高，努塞尔数Nu越大越好是传热效应。

4) 用强化因子JF的评价和评价发现，在曲线矩形涡流发生器的四个高度中，当涡流发生器的高度HVG=1.7mm时，积分性能最好。