1 课题研究背景及意义 随着经济的发展，工业生产的规模及能源的消耗日趋增加，翅片管换热器作为一种重要的强化传热设备，其性能的提高能达到节约能源降低生产成本的目的，受到了广泛的关注和研究。

在我国，部分燃煤发电机组煤质较差、灰分含量较高，同时燃煤煤种多变，严重影响了火电机组的安全运行，尤其是锅炉尾部烟道中的省煤器管束，因为其所在位置处烟气温度低、飞灰颗粒硬度大，所以积灰和磨损问题十分严重。

H型翅片特殊沟槽结构使背风侧形成纵向冲刷流场，存在明显的三维流动特征，使得其具有自清理、不易积灰的功能;错排翅片基管传热系数大于等间距排列的基管，并且随速度增大，换热效果差异越明显;管束行距对翅片管传热系数的影响明显大于列距的影响，管束行距增大，引起流道内空气平均速度下降，传热系数降低，流道损失减小。

因此对其进行传热与流动分析研究具有很大的价值。

近年来，各种换热元件的强化传热技术广泛应用于电站锅炉[1-2]，其性能优劣主要取决于换热元件的传热特性及阻力特性[3]。

其中H型翅片管由于其特殊沟槽结构带来的较好传热及积灰磨损性能成为研究热点[4-6]，刘聿拯等[7]对某结构参数H型翅片管管束进行了传热与阻力试验研究，最终得到适用其结构参数的H型翅片管束的传热与阻力关联式；扬大哲等[8]对一定结构的H型翅片管与螺旋翅片管换热器进行了比较性半工业试验研究,得到了H型翅片管换热与阻力准则关系式,；张知翔等[9]基于Fluent软件,利用Realizable k-ε湍流模型对H型翅片管的传热性能进行了数值模拟,分析了管排数与纵向间距对H型翅片管传热系数的影响；另一方面，换热器基管突破了传统的圆形设计，各种异形管如波纹管、螺纹管、螺旋槽纹管、翅片管、针翅管和多孔表面管等设计都有效强化了换热元件的传热性能，但由于结构特殊也带来了腐蚀及积灰等负面问题，限制了应用范围[10-12]；但椭圆管换热器因其良好的传热、流动性能及较简单结构受到越来越多研究者亲睐，其传热系数较圆管增加30%左右[13]，本文主要研究此类高性能换热器的传热及流动特性。

椭圆H型翅片管在强化换热上具有重要优势，围绕其强化换热问题已有多人进行试验及数值研究[14-16]，冯丽丽等[17]针对椭圆基管矩形翅片间的流动特性，建立了翅片不同偏心安装距离x下，空气侧对流换热系数h和压差p随u的变化规律的数值计算模型；段芮等[18]对空气横掠片距不相等的叉排椭圆翅片管散热器的传热及阻力性能进行了试验研究，给出热空气环境下的管外换热准则关系式及管外阻力准则关系式；李启良等[19]利用CFD计算方法,对矩形翅片椭圆管热交换器进行了数值模拟,得到其在不同风速下的流动和换热特性；H.AY等[20]使用红外线测温仪测得翅片管换热器上翅片的温度分布，并通过获得翅片温度分布推导出翅片局部换热系数。

前人对于椭圆H型翅片管做了大量研究并取得了丰硕的成果，尤其是锅炉尾部烟气余热利用技术中深度回收余热的要求，使其成为替代螺旋管的最有利竞争者，但其研究介质多采用空气作为研究对象，考虑到锅炉烟气尾部环境含有大量灰尘颗粒，换热管外壁积有大量稳定浮灰，因此本文主要在含灰的电厂尾部烟气环境下研究H型椭圆翅片管的传热及流动特性，并对不同布置方式、洁净管及稳定积灰工况做了详细比较，研究换热元件积灰及阻力特性在烟气含灰环境下的实际变化规律，对电站锅炉换热器设计及改造具有重要意义。

2 数值模拟 利用商业软件 Fluent 模拟了烟气在不同流速下流经椭圆H 型翅片管的流动和换热过程,使用标准k-ε湍流模型，计算中所用到的边界条件类型有速度入口边界、压力出口边界、对称面边界。

基管内壁设置为等温壁面，温度为373K，翅片材料为碳钢，温度由其与管外空气对流换热耦合求解得到．利用软件生成了翅片的温度分布云图和烟气的速度云图，比较分析了在不同烟气流速下，翅片的开缝情况对翅片管换热 以及阻力特性的影响．结果表明，横开缝的椭圆 H 型翅片管与纵开缝的相比，其传热效率更高，阻力更小[21-22]。