战洪仁 曹 颖 侯新春 王立鹏 李雅侠

(沈阳化工大学能源与动力工程学院)

换热器是应用非常广泛的换热设备，强化换热器的换热效果一直是国内外学者的研究热点。研究表明，改变换热管结构可明显增强换热效果[1]。波纹管良好的弹性使其具有较强的自除垢特性，因而被国内外学者广泛研究。国内相继有学者对波纹管结构进行研究，结果发现，正弦波纹换热管的综合传热性明显优于其他结构形式的波纹管[2,3]。但关于正弦波纹管局部结构对其传热和流动特性的影响的研究较少。Guo Z Y等从速度场和温度场相互配合的角度分析，提出了对流换热的场协同原理，它能够清晰地显示波纹管内部每一点的换热效果[4,5]，为改变波纹管结构以强化换热提供了理论指导。笔者运用Fluent软件，采用模平均角[6]计算公式来计算场协同角，并以此作为波纹管强化传热场协同性的评价标准，分析不同结构波纹管及其局部的换热机理，研究换热管结构对流动和换热性能的影响。

1 计算模型和数值条件

波纹管管内传热与流动过程受物理守恒定律的支配，即必须遵循质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。计算流体动力学的控制方程是对这些守恒定律的数学描述，控制方程的通用形式为[7]：

笔者选取的正弦波纹管模型如图1所示，当量直径d均取19mm，具体结构参数见表1。

图1 正弦型波纹管模型

mm

流体在波纹管内周期性流动，为了使波纹管充分发展，对管道进行数值模拟计算。……