【HETA】斜波纹翅片管换热器空气侧特性
波纹翅片管换热器广泛应用在石油、化工、制冷、空调等行业中，因此，对波纹翅片管换热器的强化传热性能的研究具有重要的意义。
今天小编给大家分享一篇关于波纹翅片管换热器的文章。工程师通过数值模拟方法，对波纹翅片管换热器与平直翅片、均匀斜波纹翅片进行了对比研究。
一、模型的建立
工程师分别建立了平直翅片、均匀斜波纹翅片及倾角渐增斜波纹翅片的模型。
翅片的材料为铝，换热管的材料为铜，采用两排(叉排)的排列方式。倾角渐增斜波纹翅片模型的结构及尺寸见图1(单位：mm)，图中虚线为数值模拟计算区域．图1中，翅片厚度为0．12 mm，翅片间距1．8 mm，均匀倾斜波纹翅片的波纹倾角为23°；倾角渐增倾斜波纹翅片的波纹倾角由l6°、23°、30°到36°
三种模型的边界条件：进口处空气的温度为25℃(298 K)、速度范围为0．5～5．0 m／s，方向垂直于边界；空气出口采用自由出口边界条件；铝翅片和铜管管壁的温度均为45℃(318 K)，考虑温度较低，忽略辐射传热；由于管翅式换热器结构的对称性和周期性，翅片的上下表面采用周期性边界，左右表面采用对称性边界同．数学模型采用三维、稳态、不可压缩、层流的控制方程。
二、模拟结果与分析
1、雷诺数对性能的影响
由图2～3看出：随着雷诺数Re的增大，三种翅片的努赛尔数Nu增大，阻力系数f减小．雷诺数为176．5～1 777．4的范围内，均匀斜波纹翅片与平直翅片相比，努赛尔数提高了7．49％ 39．50％，阻力系数增加了22-31％ 79．65％；倾角渐增斜波纹翅片与平直翅片相比，努赛尔数提高了10．14％～46．57％，阻力系数增加了36．15％～160．67％。
在雷诺数相同时，三种翅片中倾角渐增斜波纹翅片的努赛尔数最大，强化传热效果最显著．同时，倾角渐增斜波纹翅片的阻力系数也最大，远高于平直翅片．这是由于平直翅片对流体的扰动较弱，斜波纹翅片表面波纹状的起伏不平对流体的扰动剧烈，促进了流体的湍流和换热．此外，斜波纹翅片比平直翅片的流道长，延长了换热的时间，增强了换热的效果．
2、等值线分布的分析
由图4看出，平直翅片对气流的扰动较弱，温度等值线的分布呈波纹状；斜波纹翅片对气流的扰动较强，换热过程剧烈，温度等值线的分布较密且紊乱．三种翅片温度等值线分布的共同点：在圆管迎风侧温度等值线分布密集，温度递增较快，流体与管壁的温差较大，换热效果显著；在圆管背风侧温度等值线分布稀疏，温度变化较小，尤其是在背风侧接近管壁的区域，流体温度接近于管壁的温度，换热效果最差。
由图5看出，平直翅片对气流的阻滞作用较弱，压力等值线的分布稀疏且均匀，斜波纹翅片对气流的阻滞作用较大，压力等值线的分布紊乱，压力损失较大．三种翅片静压分布的共同点是：在流体绕流圆管时，在最窄流体面的两侧，流通面的渐缩渐扩变化引起流速先增后减、静压先减后增。
由图6看出，平直翅片的速度变化平缓，速度等值线分布稀疏；斜波纹翅片由于翅片表面的起伏变化改变了气流流动的方向，增强了气流的湍流强度，而使得速度变化剧烈，速度等值线的分布密集且呈现狭长的带状，三种翅片速度分布的共同特点是：流体速度均随着流道的渐缩渐扩而交替变化，在流道最窄处的流速最大，在圆管的背风侧靠近管壁的区域流速最小，接近于零，换热效果最差，这是因为在圆管的背风侧由于流体的绕换热管流动而产生的回流、涡旋与边界层的分离而形成了换热的死区。
三、结论
通过对平直翅片、均匀斜波纹翅片和倾角渐增斜波纹翅片三种换热器进行数值模拟计算和性能对比分析，得到如下结论：
1、在雷诺数为176.5—1777.4范围内，均匀斜波纹翅片比平直翅片的努赛尔数提高了7.49%—39.50%，阻力系数增加了22.31%—160.67%。三种翅片中，倾角渐增斜波纹翅片的努赛尔数最大，强化传热效果明显。
2、翅片的形状对等值线的分别和换热效果有直接影响。平直翅片的换热过程平缓，等值线的分布稀疏且均匀；斜波纹翅片的换热过程剧烈，等值线的分布密集且紊乱。
3、换热管迎风侧比背风侧的换热效果好，在背风侧靠近管壁的区域流体的温度接近于管壁温度，流速接近零，换热效果最差。