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摘 要：为能在保证翅片管换热器换热效果同时得到流动阻力尽可能小的换热器形式，本文利用三维数值模拟方法研究了六种椭圆管平直-波纹复合翅片通道内的换热与流动特性，结果显示当翅片通道进口的空气速度偏小时，后两个波长是平直翅片的递减翅高波纹翅片既能保证换热效果，又能降低通道内的流动阻力损失，节约能耗；当翅片通道进口的空气速度偏大时，均匀递减翅高波纹翅片为最佳的翅片型式。

關键词：数值模拟；换热器；节能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.014

1 物理模型

本文选取六种椭圆管平直-波纹翅片换热器形式，分别为：Fin A 前两个波长均匀平直翅片的均匀递增翅高波纹翅片；Fin B 第一个波长为平直翅片的均匀递增翅高波纹翅片；Fin C 均匀递增翅高波纹翅片；Fin D 后两个波长为平直翅片的均匀递减翅高波纹翅片；Fin E 最后一个波长为平直翅片的均匀递减翅高波纹翅片；Fin F 均匀递减翅高波纹翅片。

2 六种翅片流动与换热特性的比较

翅片流道入口空气速度uin=1.31m/s～9.81，雷诺数Re=611～4601范围内六种翅片表面Nu随Re的变化曲线示于1。

由图所示，随Re的增大，六种波纹翅片表面Nu均增加，但增加的幅度逐渐减小。Re相同时，翅片表面Nu由Fin A、Fin B、Fin C、Fin D、Fin E到Fin F依次递增，说明适当增大翅片前端的波纹高度对换热效果的强化作用优于增大翅片后端的波纹高度。

由图所示，随Re的增大，六种波纹翅片的阻力因子f均减小，但减小的幅度逐渐减小。Re相同时，阻力因子f由Fin A、Fin B、Fin C、Fin D、Fin E到Fin F依次增大。比较图1和图2可以发现，Fin E 和Fin F 翅片表面的Nu随Re的变化曲线几乎是重合的，而Fin F的阻力因子明显高于Fin E，也就是说Fin E 既能保证良好的换热效果，又能降低空气的阻力损失。

3 等压降、等泵功前提下六种翅片综合性能的比较

为更全面的衡量六种翅片的综合换热性能，现采用等压降、等泵功作为评价标准，对六种翅片进行对比。

表1为等压降时，六种翅片综合换热性能的比较，从表中容易看出，在等压降下，Fin D 、Fin E 和Fin F 的综合换热性能优于Fin A 、Fin B 和Fin C 。即在等压降条件下，翅片前端为大波高波纹翅片型式的综合换热性能比翅片后为大波高波纹翅片型式的好。

表2为等泵功时，六种翅片综合换热性能的比较，容易发现，等泵功条件下，Fin D 、Fin E 和Fin F 的综合换热性能比Fin A 、Fin B 和Fin C 高。

综合分析以上两表中数据容易得出如下结论：在等压降、等泵功前提下，在波纹翅片的前端采用大波高波纹，后端采用小波高波纹或者平直翅片的翅片型式的综合换热性能均优于在翅片前端采用小波高波纹或者平直翅片，在翅片后端采用大波高波纹的翅片型式。当翅片通道的空气入口速度较小时，选用后两个波长为平直翅片的递减翅高波纹翅片即可保证换热效果，又可降低流道内的阻力损失，节约能耗；当翅片通道的空气入口速度较大时，均匀递减翅高波纹翅片为最优的选择。

参考文献：

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