论文总字数：19875字

摘 要

热管换热器是一种新型设备,由于他的高传热系数,设备小巧,并且有利于减小腐蚀,延长使用寿命,所以热管换热器自从被发明以后就一直十分受欢迎,被许多学者研究。本文研究H型翅片热管换热器的传热与流动,通过改变H型翅片的各种参数来研究H型翅片对于热管换热器的影响。H型翅片是一种优点较多的翅片,它将流体流通区域分割,并且减小流通区域,提高流体流速。翅片间隙处形成了一个让流体流过的流道,减小了流通面积,挺高了流速,并且能够冲刷热管外壁；翅片尾部会形成回流区,翅片间压缩了流通面积,提高了流体流速,极大的提高了热管换热器的换热效率。本文使用了热仿真软件icepak。通过控制变量法改变翅片的各种参数,如厚度,间距和开缝等来研究H型翅片热管换热效率的影响因素。

关键词：H型翅片 热管换热器 热仿真 传热系数 流动阻力

Heat transfer and flow analysis of H-type finned heat pipe heat exchanger

Abstract

Heat pipe heat exchanger is a new type of equipment, because of its high heat transfer coefficient, small equipment, and is conducive to reducing corrosion and extending service life, so the heat pipe heat exchanger has been very popular since it was invented, and has been studied by many scholars. In this paper, the heat transfer and flow of H-type finned heat pipe heat exchanger are studied. The influence of H-type fins on the heat pipe heat exchanger is studied by changing various parameters of H-type fins. H-shaped fin is a kind of fin with many advantages. It divides the flow area, reduces the flow area and improves the flow velocity. At the fin gap, a flow passage is formed to let the fluid flow through, reducing the flow area, raising the flow rate, and flushing the outer wall of the heat pipe; the tail of the fin will form a return area, compressing the flow area between the fins, improving the flow rate, and greatly improving the heat exchange efficiency of the heat pipe heat exchanger. In this paper, the thermal simulation software Icepak is used. The influence of H-type fins on heat transfer efficiency is studied by changing various parameters of fins, such as thickness, spacing and slotting.

Key words: H-shaped fins; The heat pipe heat exchanger; Thermal simulation; Heat transfer coefficient; Flow resistance

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究意义 2

1.3发展现状 2

1.4研究内容 3

1.5研究手段 4

第二章 H型翅片热管换热器模型的建立 5

2.1 ICEPAK软件基础介绍 5

2.1.1 CFD基础介绍 5

2.1.2 ICEPAK基础介绍 5

2.2热管换热器模型的建立 6

2.3设置几何参数 7

2.4设定边界条件 9

2.5进行网格划分 9

2.5.1生成粗略网格 10

2.5.2评估网格质量并划分结果 10

2.5.3细化网格 11

2.5.4生成网格与检查网格 11

2.6本章小结 12

第三章 数据处理及分析 13

3.1传热方面的数学描述 13

3.2理论数值计算 14

3.2.1计算传热系数的公式 14

3.2.2计算雷诺数Re的公式 14

第四章 ICEPAK模拟结果与后处理分析 17

4.1简化定性参数 17

4.2计算参数定义的公式 17

4.3 ICEPAK模拟结果与理论结果对比 18

4.4 ICEPAK模拟结果云图分析 19

4.4.1温度云图 19

4.4.2速度矢量云图 21

4.4.3速度标量云图 22

4.4.4压力云图 25

4.5 ICEPAK模拟结果分析 27

4.5.1 H型翅片开缝尺寸对换热器传热与流动性能的影响 28

4.5.2翅片间距对换热器传热与流动性能的影响 29

4.5.3翅片厚度对换热器传热与流动性能的影响 31

4.5.4翅片长宽对换热器传热与流动性能的影响 33

4.6本章小结 35

第五章 结论与展望 36

5.1研究结论 36

5.2研究不足与未来展望 36

参考文献 37

致谢 39

第一章 绪论

1.1研究背景

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称换热器。在换热器中两种温度不同的流体互相进行换热,换热器是实现传热过程的基本设备^[1]。

1920年出现板式换热器,在食品工业方面大放光彩。20世纪30年代,瑞典首先制造出两种新型换热器,使得工业快速发展^[2]。在这段时间里新材料的出现引起了人们的注意,各种合金材料拥有良好的抗腐蚀性能和高使用寿命。20年后,由于科技迅速发展,各种科技层出不穷,尖端科学的迅速发展,换热问题渐渐被抬上台前,科技的发展也使得换热器的发展,在此期间发明了紧凑型板面式换热器。在此之外,从1960年往后,典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展来适应高温和高压条件下的换热和节能的需要^[3]。1963年,抚顺机械设备公司制作出我国第一台板式换热器,我国换热器发展开始走上正轨。70年代中期,为了强化传热,经过科学家的不断探索和研究,热管换热器被发明出来。

翅片热管换热器是人们使用最广泛的换热器之一,他不仅是最早发明出的热管换热器也是最成功的。它适用于单翅片热管式换热器,也广大运用于各种新兴行业,如制冷,航天类产业^[4-5]。

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