百葉窗翅片被廣泛運(yùn)用在空調(diào)、熱泵、汽車散熱器以及冰箱等換熱設(shè)備中,其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在翅片平面上沖制出呈一定角度排列的多排平片,當(dāng)流體流過(guò)圓管管排和百葉窗翅片表面時(shí),百葉窗結(jié)構(gòu)能夠周期性地破壞流體邊界層,同時(shí)流體在翅片周圍和圓管后方會(huì)形成渦旋結(jié)構(gòu),這些渦旋結(jié)構(gòu)使得不同溫度的流體之間互相摻混更為強(qiáng)烈,因此流體與翅片之間的換熱效果得到強(qiáng)化。值得注意的是,百葉窗結(jié)構(gòu)在增強(qiáng)翅片換熱性能的同時(shí)也會(huì)使流體在肋側(cè)的流動(dòng)損失增大。本文采用數(shù)值模擬的研究方法對(duì)百葉窗翅片圓管換熱器內(nèi)的單層翅片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值研究,在探究其換熱性能和肋側(cè)空氣流動(dòng)特性變化的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步從二次流理論的角度分析了翅片上百葉窗結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化換熱機(jī)理。

　　本文所選取的計(jì)算區(qū)域?yàn)榱黧w域包括固體域,其中固體域由三排圓管與單層百葉窗翅片組成。計(jì)算區(qū)域采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,并且進(jìn)行了網(wǎng)格獨(dú)立性考核。為驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算中計(jì)算域選擇、網(wǎng)格劃分、邊界條件設(shè)置等的合理性,本文先對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)研究的三維幾何模型進(jìn)行了數(shù)值模擬,數(shù)值計(jì)算結(jié)果與參考的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的基本一致。本文集中對(duì)百葉窗攻角和縱向管間距兩個(gè)幾何參數(shù)進(jìn)行了考察,共設(shè)計(jì)了九種不同的幾何模型,每種模型根據(jù)雷諾數(shù)的不同分為四種工況,分別進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的處理,得到了包括翅片表面平均努塞爾數(shù)Nu、傳熱因子j、阻力因子f、面積良度因子j/f、二次流強(qiáng)度Se等參數(shù),并通過(guò)分析以上參數(shù)之間的相互影響關(guān)系,研究了百葉窗攻角和縱向管間距對(duì)百葉窗翅片換熱性能的影響及其作用機(jī)理。

　　研究結(jié)果表明:在相同的雷諾數(shù)下,隨著百葉窗攻角增大,翅片與空氣的換熱性能增強(qiáng),但同時(shí)造成的流動(dòng)損失也相應(yīng)增大。百葉窗攻角保持不變時(shí),傳熱因子j、阻力因子f和面積良度因子j/f都隨著雷諾數(shù)的增大而減小,傳熱性能因子J隨著泵功率因子F的增大而增大。在相同雷諾數(shù)下,百葉窗攻角較大的翅片j和f也較大,攻角越大,j/f越小,綜合性能變差;在泵功率因子F相同的情況下,百葉窗攻角越大,J越大。相同攻角翅片上阻力因子隨著縱向渦強(qiáng)度的增大而減小。另一方面,增大縱向管間距不能明顯地改善百葉窗翅片肋側(cè)的換熱性能,但是會(huì)使得相同雷諾數(shù)下的流動(dòng)損失略微下降。相同雷諾數(shù)下,隨著縱向管間距的增大,j/f增大,翅片的綜合性能提高。