论文精选燃气热水器翅片管换热器烟气侧
做家:彭超,彭世尼,张朋远
第一做家单元:重庆大学都邑建立与处境工程学院
摘自《煤气与热力》年2月刊
关于燃气开水器,换热器管子外侧活动的是高温烟气,内侧活动的是冷水。实验讲明,烟气侧的热阻显然高于水侧的热阻,因而时常在管子表面配置翅片增多换热面积,以抬高换热效率。方今,罕用的翅片管教要紧分为3类:单管外翅片管教,单根圆管外侧加装翅片所构成的翅片管教;接续翅片管教,在整块薄金属板(翅片)上,按管子陈列情势(顺排、叉排)冲孔,而后用专用配置将冲孔后的金属薄板逐片套在圆管上,再采纳胀管或钎接法子联接;管带式翅片管教,由波带形翅片与扁管相间叠合而成,即在一条波形带状翅片的脊背上,沿笔直于气流方位,贴置多少根扁管,翅片与扁管采纳钎接法子联接。本文采取接续翅片管教,采纳CFD软件,在管子内流体为定温度前提下,对非翅片表面烟气流道内烟气、翅片表面烟气的温度场、速度场举行数值摹拟剖析。
1摹拟法子
1.1节制方程与数学模子[1-2]
①节制方程
节制方程包含混杂物资量守恒方程、组分原料守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程,由于换热管外烟气中水份未产生固结,烟气构成不会产生变动,因而不需斟酌组分原料守恒方程。
1.2物理模子
焚烧孕育的高温烟气进取冲洗翅片管教,经过对撒播热将热量转达给管子内的冷水。对非翅片表面烟气流道内烟气与翅片表面烟气的温度场、速度场举行数值摹拟剖析。斟酌到计较的工夫与成本,数值摹拟只针对单个接续翅片举行钻研,计较地区宽×高×厚为.4mm×.0mm×2.7mm,管子直径为14.5mm,翅片厚度为0.3mm,疏忽管子壁厚,管子上方的翅片有冲孔。采纳Cero软件(三维安排制图软件)创设物理模子(见图1),并采纳Gambit软件对物理模子举行网格区分,网格生成后,用网格反省器反省网格的原料,区分网格后的物理模子见图2,网格数目为个。
图1摹拟目标物理模子
图2区分网格后的物理模子
1.3边境前提
①出口边境前提
出口为速度边境,在FLUENT软件中界说速度边境的法子有3种:第一种是将速度视为速度的绝对值与一个单元方位矢量的乘积,而后经过界说速度的绝对值和方位矢量份量来界说速度边境;第二种是将速度视为3个坐标方位上的份量的矢量和,而后经过离别给定3个份量巨细来界说速度边境;第三种是设定速度笔直于边境面,而后给定速度的绝对值就也许界说速度边境。
由于烟气活动方位与物理模子底面笔直,因而采纳第三种界说速度边境的法子。烟气的出口速度为4.m/s,温度为K,湍流强度为3%,烟气的组偏见表1。
表1烟气的构成
②出口边境前提
出口边境前提为压力边境前提,出口压力(表压)配置为0。物理模子出口湍流强度为3%。
③壁面热边境前提
物理模子外壁面采用对称壁面边境前提,无热流,无气流,管子内壁面采用流固耦合热边境前提。
④管内流体前提
管内流体温度设定为K。
2数值摹拟后果及剖析
2.1烟气温度散布
非翅片表面烟气流道内烟气温度散布见图3,翅片表面烟气温度散布见图4。由图3可知,非翅片表面烟气流道底部烟气温度为K,烟气流过管子时温度下落,出口烟气温度散布对比平匀,散布局限为~K。由图4可知,翅片表面烟气温度散布基础对称,管子领域的烟气温度最低(为K),翅片边际的烟气温度最高(为K)。由图3、4可知,在管子错排安顿前提下,烟气与管子也许实行较好的换热。烟气流道出口处烟气温度的散布对比平匀,对后续的烟气责罚也特别有益。文件[3]的钻研讲明,与顺排安顿比拟,管子错排安顿可大幅改进烟气与管子传热前提下的流开工况,加强了换热成效。由此可知,摹拟后果与文件[3]的钻研后果基础一致。
图3非翅片表面烟气流道内烟气温度散布
图4翅片表面烟气温度散布
2.2烟气速度散布
非翅片表面烟气流道内烟气速度散布见图5。文件[4-5]钻研讲明,关于平翅片管教,当烟气绕过管子活动时,管子表面四周易孕育很薄的边境层漩涡区,活动到管子后部表面离别,伴有漩涡从管子表面零落,并在烟气出口地区孕育杂乱、满盈巨细不等漩涡的尾流区。尾流区内烟气的轮回活动使得管子领域烟气温度下落速度缓解,其余跟着烟气沿平翅片表面的笔直通道上前活动,边境层由于无附加扰动而慢慢增厚,使得个别换热系数沿程低落。为改进上述题目,可经过在管子上方的翅片冲孔[1]47,摧残尾流区孕育的边境层,进而改进平翅片管教的换热处境,还可低落翅片用料。由图5可知,管子后部并未孕育杂乱、满盈巨细不等漩涡的尾流区。
图5非翅片表面烟气流道内烟气速度散布
3论断
管子错排安顿有助于加强传热成效,低落金属耗费量。管子上方翅片的冲孔可摧残尾流区的边境层,有益于加强传热。
参考文件:
[1]闫栋.强排式燃气开水器的焚烧和传热流程的数值摹拟与剖析(硕士学位论文)[D].重庆:重庆大学,.
[2]黄山.新式燃气神速开水器焚烧流程的数值摹拟和尝试钻研(硕士学位论文)[D].重庆:重庆大学,:9-10.
[3]董正明,胡永海,王珊珊.管翅式散热器顺排构造与错排构造的CFD摹拟[J].产业加热,,38(3):29-32.
[4]WEBBRL.Air-sideheattransferinfinnedtubeheatexchangers[J].HeatTransferEngineering,(3):33-49.
[5]王厚华,谭顺民,江村.矩形平翅片变形片的换热与阻力尝试钻研[J].重庆:重庆建造大学学报,(8):37-38.
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