一种百叶窗翅片换热器、及其性能评价因子确定方法技术

本发明专利技术公开了一种百叶窗翅片换热器，该换热器包括：百叶窗式的多个翅片，每个翅片上均设有通孔，且相邻翅片上的通孔错列布设，形成错列布孔型百叶窗翅片换热器；并且通过CFD方法对其进行模拟计算，得到翅片的换热因子、阻力因子、性能评价综合因子，且通过试验和经验公式的方式分别进行了验证，将其与传统百叶窗结构的性能进行比较，结果发现：这种错列布孔结构的翅片在雷诺数150～400时，换热因子较传统百叶窗翅片提高了10％～24％，阻力因子提高了1％～2％，换热器的综合性能提高了9％～23％，错列布孔型百叶窗结构的综合性能优于传统百叶窗结构，这将为之后对百叶窗换热器传热强化的研究提供参考。强化的研究提供参考。强化的研究提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种百叶窗翅片换热器、及其性能评价因子确定方法


[0001]本专利技术涉及换热器领域，特别涉及一种错列布孔型百叶窗翅片换热器、及其性能评价因子确定方法。

技术介绍

[0002]百叶窗换热器是属于平行流换热器中的一种，其翅片为百叶窗的样式，通过这种百叶窗翅片的作用加剧了空气侧的气流扰动从而强化换热。百叶窗换热器即具有普通平行流换热器结构简单，体积小、质量轻、结构紧凑的优点，又在换热效率上有很大的提高，近年来有较多的学者对它进行了模拟和优化。
[0003]理论研究、数值模拟、试验是国内外学者对换热器研究优化的主要方式。为增强换热，可以考虑对换热器的翅片结构进行优化设计，但是，传统百叶窗换热器的阻力特性及传热特性效果不佳。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种百叶窗翅片换热器、及其性能评价因子确定方法。
[0005]本专利技术实施例提供一种百叶窗翅片换热器，包括：百叶窗式的多个翅片，每个所述翅片上均设有通孔，且相邻所述翅片上的通孔错列布设，形成错列布孔型百叶窗翅片换热器。
[0006]在其中一个实施例中，基于错列布孔型百叶窗翅片换热器，
[0007]采用压力耦合方程组的半隐式算法SIMPLE对速度和压力进行耦合计算，确定阻力因子f；
[0008]采用二阶迎风格式的能量守恒方程和动量守恒方程对翅片和空气进行对流换热计算，确定传热因子j；
[0009]根据所述阻力因子f和所述传热因子j，确定性能评价综合因子E
ij
。
[0010]在其中一个实施例中，所述传热因子j的表达式为：
[0011][0012]其中，h
a
为空气侧的传热系数，单位：W/(m2·
K
)
；ρ
a
为空气密度，单位：kg/m；u
a
为空气的来流速度，单位：m/s；C
pa
为定压比热容，单位：J/(kg
·
K)；Pr：0.7。
[0013]在其中一个实施例中，所述阻力因子f的表达式为：
[0014][0015]其中，ρ
a
为空气密度，单位：kg/m；u
a
为空气的来流速度，单位：m/s；d
e
为模型当量直径，单位：m；L为模型百叶窗翅片空气流道长度，单位：m。
[0016]在其中一个实施例中，所述性能评价综合因子E
ij
的表达式为：
[0017][0018]在其中一个实施例中，本专利技术实施例提供的百叶窗翅片换热器的性能评价因子确定方法，还包括：
[0019]根据错列布孔型百叶窗翅片换热器结构的对称性和周期性，对错列布孔型百叶窗翅片换热器结构进行简化，构建换热器简化模型。
[0020]在其中一个实施例中，所述换热器简化模型的简化条件，包括：
[0021]选取百叶窗其中一列作为研究对象；
[0022]各翅片之间的空气流道完全相同；
[0023]在换热器的工况条件发生改变时，百叶窗翅片的结构参数不发生改变；
[0024]忽略重力对百叶窗翅片与空气之间的换热的影响。
[0025]在其中一个实施例中，本专利技术实施例提供的百叶窗翅片换热器的性能评价因子确定方法，还包括：
[0026]对换热器简化模型设定边界条件；其中，所述边界条件包括：进口和出口边界条件、周期性边界条件、流固耦合面边界条件、固体和流体区域边界条件。
[0027]在其中一个实施例中，
[0028]进口和出口边界条件：进口设置为均匀流速的速度进口边界条件；速度范围为1.1～2.3m/s；入口温度为293K；出口为压力出口；
[0029]周期性边界条件：将垂直于空气流动方向的两个面设置为周期面，周期面具有相同的温度、速度、压力；
[0030]流固耦合面边界条件：空气和百叶窗翅片接触的所有面为流固耦合面；
[0031]固体和流体区域边界条件：固体区域包括百叶窗翅片和扁管，材料为铝，扁管设置为恒温壁面，并与百叶窗翅片紧密连接，温度设置为280K；流体区域为空气进、出口和空气与百叶窗翅片接触面三部分组成的区域。
[0032]本专利技术实施例提供的上述百叶窗翅片换热器、及其性能评价因子确定方法，与现有技术相比，其有益效果如下：
[0033]本专利技术提出一种错列布孔型百叶窗翅片结构，通过CFD方法对其进行模拟计算，得到翅片的换热因子及阻力因子随雷诺数的变化规律，且通过试验和经验公式的方式分别进行了验证。将其与传统百叶窗结构的性能进行比较，结果发现：这种错列布孔结构的翅片在雷诺数150～400时，换热因子较传统百叶窗翅片提高了10％～24％，阻力因子提高了1％～2％，换热器的综合性能提高了9％～23％，错列布孔型百叶窗结构的综合性能优于传统百叶窗结构，这将为之后对百叶窗换热器传热强化的研究提供参考。
附图说明
[0034]图1为一个实施例中提供的换热器叶片计算区域示意图；
[0035]图2为一个实施例中提供的传统平行流换热器百叶窗翅片结构图；
[0036]图3为一个实施例中提供的传统百叶窗翅片边界条件设置示意图；
[0037]图4为一个实施例中提供的模拟结果与实验值、经验公式的阻力因子f对比图；
[0038]图5为一个实施例中提供的模拟结果与实验值、经验公式的传热因子j对比图；
[0039]图6为一个实施例中提供的两种翅片在Z＝0.024mm处的温度对比云图；
[0040]图7为一个实施例中提供的两种翅片传热因子j随Re
LP
的变化；
[0041]图8为一个实施例中提供的两种翅片在Z＝0.024mm处的压力对比云图；
[0042]图9为一个实施例中提供的两种翅片的阻力因子f随Re
LP
的变化图；
[0043]图10为一个实施例中提供的两种翅片在Z＝0.024mm截面处的流线追踪标记对比图：
[0044]图11为一个实施例中提供的两种的综合因子E
jf
随Re
LP
的变化图。
具体实施方式
[0045]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0046]一个实施例中，提供的一种百叶窗翅片换热器，该换热器具体包括：
[0047]错列布孔型百叶窗翅片换热器是在传统百叶窗换热器结构的基础上进行结构改进优化，换热器的制冷剂通过扁管和集流管，空气通过百叶窗侧。其中制冷剂将热量传递给扁管；扁管传递给百叶窗翅片，百叶窗翅片又将热量传递给空气。因百叶窗换热器结构具有对称性与周期性的特点，所以对结构进行如下简化：
[0048](1)选取百叶窗其中一列作为研究对象。
[0049](2)各翅片之间的空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种百叶窗翅片换热器，包括：百叶窗式的多个翅片，其特征在于，每个所述翅片上均设有通孔，且相邻所述翅片上的通孔错列布设，形成错列布孔型百叶窗翅片换热器。2.如权利要求1所述的百叶窗翅片换热器的性能评价因子确定方法，其特征在于，基于错列布孔型百叶窗翅片换热器，采用压力耦合方程组的半隐式算法SIMPLE对速度和压力进行耦合计算，确定阻力因子f；采用二阶迎风格式的能量守恒方程和动量守恒方程对翅片和空气进行对流换热计算，确定传热因子j；根据所述阻力因子f和所述传热因子j，确定性能评价综合因子E
ij
。3.如权利要求2所述的百叶窗翅片换热器的性能评价因子确定方法，其特征在于，所述传热因子j的表达式为：其中，h
a
为空气侧的传热系数，单位：W/(m2·
K)；ρ
a
为空气密度，单位：kg/m；u
a
为空气的来流速度，单位：m/s；C
pa
为定压比热容，单位：J/(kg
·
K)；Pr：0.7。4.如权利要求2所述的百叶窗翅片换热器的性能评价因子确定方法，其特征在于，所述阻力因子f的表达式为：其中，ρ
a
为空气密度，单位：kg/m；u
a
为空气的来流速度，单位：m/s；d
e
为模型当量直径，单位：m；L为模型百叶窗翅片空气流道长度，单位：m。5.如权利要求2所述的百叶窗翅片换热器的性能评价因子确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹侃，苏之勇，王楠，李小民，袁耀华，王春艳，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：