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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