以下是:57翅片管长度定尺的产品参数
名称 翅片管 规格 齐全 材质 20# 304 q235b 产地 聊城 仓库地址 浩泽库 计重方式 米计 可定制 是 品牌 浩泽 用途 换热系统 应用场所 锅炉 电站 在云南省怒江市采买57翅片管长度定尺到浩泽物资有限公司,无论您是个人用户还是企业采购,我们都将竭诚为您服务。品质保证,价格优惠,厂家直销,欢迎有需要的客户来电。联系人:周经理-13563000517,QQ:951556567,地址:《大东钢管产业园发货到云南省 怒江市 泸水市、福贡县》。 云南省,怒江傈僳族自治州 怒江傈僳族自治州,云南省辖民族自治州,位于云南省西北部,地处东经98°39′~99°39′,北纬25°33′~28°23′之间,北接西藏自治区林芝市察隅县,东北临迪庆藏族自治州,东靠丽江市,东南连大理白族自治州,南接保山市,总面积14703平方千米。截至2022年底,怒江傈僳族自治州常住人口为54.6万人。截至2023年5月,怒江傈僳族自治州辖1个县级市、1个县、2个自治县,州人民政府泸水市大练地街道。
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对于燃气热水器,换热器管子外侧流动的是高温烟气,内侧流动的是冷水。试验表明,烟气侧的热阻明显高于水侧的热阻,因此通常在管子表面设置翅片增加换热面积,以提高换热效率。目前,常用的翅片管束主要分为3类:单管外翅片管束,单根圆管外侧加装翅片所构成的翅片管束;连续翅片管束,在整块薄金属板(翅片)上,按管子排列形式(顺排、叉排)冲孔,然后用专用设备将冲孔后的金属薄板逐片套在圆管上,再采用胀管或钎接方法连接;管带式翅片管束,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,沿垂直于气流方向,贴置若干根扁管,翅片与扁管采用钎接方法连接。本文选取连续翅片管束,采用CFD软件,在管子内流体为定温度条件下,对非翅片表面烟气流道内烟气、翅片表面烟气的温度场、速度场进行数值模拟分析。
1 模拟方法
1.1 控制方程与数学模型[1-2]
①控制方程
控制方程包括混合物质量守恒方程、组分质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程,由于换热管外烟气中水分未发生凝结,烟气组成不会发生变化,因此不需考虑组分质量守恒方程。
1.2 物理模型
燃烧产生的高温烟气向上冲刷翅片管束,通过对流传热将热量传递给管子内的冷水。对非翅片表面烟气流道内烟气与翅片表面烟气的温度场、速度场进行数值模拟分析。考虑到计算的时间与成本,数值模拟只针对单个连续翅片进行研究,计算区域宽×高×厚为126.4 mm×219.0 mm×2.7 mm,管子直径为14.5 mm,翅片厚度为0.3 mm,忽略管子壁厚,管子上方的翅片有冲孔。采用Cero软件(三维设计制图软件)建立物理模型(见图1),并采用Gambit软件对物理模型进行网格划分,网格生成后,用网格检查器检查网格的质量,划分网格后的物理模型见图2,网格数量为719 625 个
1.3 边界条件
①入口边界条件
入口为速度边界,在FLUENT软件中定义速度边界的方法有3种:种是将速度视为速率的值与一个单位方向矢量的乘积,然后通过定义速率的值和方向矢量分量来定义速度边界;第二种是将速度视为3个坐标方向上的分量的矢量和,然后通过分别给定3个分量大小来定义速度边界;第三种是设定速度垂直于边界面,然后给定速率的值就可以定义速度边界。
由于烟气流动方向与物理模型底面垂直,因此采用第三种定义速度边界的方法。烟气的进口速度为4.215 m/s,温度为1 250 K,湍流强度为3%,烟气的组成见表1。
②出口边界条件
出口边界条件为压力边界条件,出口压力(表压)设置为0。物理模型出口湍流强度为3%。
③壁面热边界条件
物理模型外壁面选用对称壁面边界条件,无热流,无气流,管子内壁面选用流固耦合热边界条件。
④管内流体条件
管内流体温度设定为350 K。
2 数值模拟结果及分析
2.1 烟气温度分布
非翅片表面烟气流道内烟气温度分布见图3,翅片表面烟气温度分布见图4。由图3可知,非翅片表面烟气流道底部烟气温度为1 250 K,烟气流过管子时温度下降,出口烟气温度分布比较均匀,分布范围为500~750 K。由图4可知,翅片表面烟气温度分布基本对称,管子周围的烟气温度低(为505 K),翅片边缘的烟气温度高(为590 K)。由图3、4可知,在管子错排布置条件下,烟气与管子能够实现较好的换热。烟气流道出口处烟气温度的分布比较均匀,对后续的烟气处理也非常有利。文献[3]的研究表明,与顺排布置相比,管子错排布置可大幅改善烟气与管子传热条件下的流动工况,增强了换热效果。由此可知,模拟结果与文献[3]的研究结果基本一致。2.2 烟气速度分布非翅片表面烟气流道内烟气速度分布见图5。文献[4-5]研究表明,对于平翅片管束,当烟气绕过管子流动时,管子表面附近易形成很薄的边界层旋涡区,流动到管子后部表面分离,伴随旋涡从管子表面脱落,并在烟气出口区域形成紊乱、充满大小不等旋涡的尾流区。尾流区内烟气的循环流动使得管子周围烟气温度下降速率减缓,此外随着烟气沿平翅片表面的平直通道向前流动,边界层由于无附加扰动而逐渐增厚,使得局部换热系数沿程降低。为改善上述问题,可通过在管子上方的翅片冲孔[1]47,破坏尾流区形成的边界层,从而改善平翅片管束的换热环境,还可降低翅片用料。由图5可知,管子后部并未形成紊乱、充满大小不等旋涡的尾流区。
优化设计方法包括两部分:翅片结构设计和制冷剂流路设计。由于翅片尺寸决定了管间距,进而影响制冷剂流路分配,因此应首先设计翅片结构,其次设计制冷剂流路。图1 为优化设计流程图。1、翅片结构设计 在翅片结构设计中,将采用CFD 方法对翅片结构进行优化设计。优化设计主要分为如下5 个步骤:
步骤1:确定优翅片高宽比Pt/Pl
在本文中,翅片优高宽比是指在相同翅片面积下,翅片效率高的翅片高宽比。翅片效率可定义为:翅片管换热器实际的换热量(Qactual,fin)与大可能达到的换热量(Qideal,fin)之比,如式(1)所示。
Qactual,fin和Qideal,fin 由CFD 计算得到。CFD 几何模型采用两排管翅片换热器;边界条件为空调蒸发器工况。在实际翅片模型中,翅片与管壁耦合;在理想翅片模型中,设置翅片温度与管壁温度相同。空气上表面和下表面定义为周期性表面。根据CFD 计算结果,可以得到具有高翅片效率的翅片优高宽比Pt/Pl。
步骤2:优化Pt 和Pl
在制冷工况下,蒸发器表面会形成一层冷凝液膜。当析湿较为严重时,窗片和桥片都会被这层液膜堵塞,导致其几何结构类似于平片。因此,在设计中采用了平片的关联式来确定翅片尺寸。
设计中,设定的优化目标函数以及约束条件函数见式(2)~(4)。优化目标函数用来分析性价比,见式(2)。式(3)~(4)为约束条件,即:小管径换热器的换热性能(UA)应等于或大于规定值;空气侧压降应等于或者小于规定值。
步骤3:优化翅片开缝结构
在翅片开缝结构的设计中,由于没有适用于小管径翅片换热器的性能预测关联式,因此本研究采用CFD 方法来模拟换热器的换热量和空气压降,从而确定优开缝结构。
在窗片的几何结构参数中,开缝角度和开缝数是自变量,缝高与缝宽可根据两个自变量确定。因此,只需对窗片开缝角度θ 和开缝条数n 这两个自变量进行优化设计。在桥片的几何结构参数中,缝高为翅片间距的一半,缝宽由开缝数确定。因此,对桥片开缝翅片结构的设计,只需对开缝条数进行优化设计。基于CFD 计算结果,可确定具有较高换热量和较低空气压降的翅片开缝结构。
步骤4:换热器性能测试
小管径换热器性能的测试系统如图2 所示。实验中的测试工况根据房间空调器标准确定。根据实验结果,采用多重线性回归方法开发了小管径换热器性能的预测关联式,并将其应用于制冷剂流路设计的仿真程序中。
2、制冷剂流路设计
在制冷剂流路设计中,采用基于仿真的方法进行设计。图3 为基于仿真的制冷剂流路设计方法流程图。设计中首先根据换热器尺寸确定换热器的预选结构,并根据换热器性能及成本调整管路结构,然后计算调整后换热器的性能,以确定下一步结构的调整方向,终确定换热器管路结构。设计中采用基于知识的多目标优化方法,控制优化过程,得到优化结果。
本文采用基于图论的三维分布式模型,预测具有不同流路换热器的性能。Liu 建立的模型与实验值的大偏差为±10%。在Liu 的模型中,沿长,宽,高三个方向将换热器分割成若干个控制体。控制体包含了制冷剂,空气和翅片换热器三个部分。制冷剂与空气的控制能量方程与动量方程如式(7)~(11)所示。
式中,Ai 是制冷剂侧换热面积;Ao 是空气侧换热面积;Ga,max 是小流通面积处的空气流率; fa 是空气摩擦系数;σ 是流通积的收缩比;Qfront, Qback, Qtop和Qbottom 分别是从前排,后排,上列和下列翅片的传热量。
本文对换热系数和压降预测关联式的选取如表1所示。
优化采用基于知识的优化方法(KBEM)用于优化换热器。它包括两个部分:改进遗传算法(IGA)和基于知识的优化模块(KOM)。KBEM 中的IGA 是传统遗传算法的改进版,IGA 可以得到初解并控制整个优化过程。采用基于知识的搜寻方法可以减少研究范围,进而并可以提高优化效率。
三:设计案例
本章节将会采用前一章提出的设计方法来设计采用5 mm 管翅片管换热器的空调器。空调器的实验结果将与设计结果进行对比验证。
在此案例中,室内机换热器采用了5 mm 管翅片换热器。室外机换热器采用具有更大翅片间距的7 mm 管翅片换热器,以防止热泵工况时结霜导致的换热性能恶化。
1、翅片结构设计结果
步骤1:确定优翅片高宽比Pt/Pl
设计Pt/Pl 时,CFD 计算的边界条件设置如下:进口空气温度为300K,管壁温度为280K。其他边界条件同前一章。由图4 所示的CFD 结果,可知优Pt/Pl 比值为1.23,此时翅片效率高。
步骤2:优化Pt和Pl
在翅片尺寸设计中,5 mm管翅片的UA应大于7 mm管翅片,5 mm管翅片换热器的ΔP应小于7 mm管翅片换热器。根据上述设计原则,翅片的性价比、传热效率和空气压降随Pt的变化趋势见图5(a)~(c)。由结果可得:当Pt为18 mm时,w值较大,且满足UA和ΔP的约束条件。根据优Pt/Pl值,可得到优翅片尺寸为18×14.7 mm。
步骤3:优化翅片开缝结构
根据所确定的优翅片尺寸,利用CFD方法计算开3条缝的窗片和开4条缝的窗片的性能。图6为具有不同开缝数的翅片表面空气温度分布图。换热量及空气压降的计算结果见表2。由计算结果可知:由于开缝数的增加导致缝高的降低,4条缝窗片具有更高的换热量,和更低的空气压降。
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【问题1】增加对流换热一定要用翅片吗?
问:用增加流速的办法也可以有效地增加管外侧的对流换热,难道一定要用翅片管吗?
答:是的,一定要用翅片管。因为用增加流速的办法对增大对流换热和传热的作用是有限的,而只有采用翅片管才可能大幅度地增强传热。请注意上面表格中每一个方框栏中所列举的数据:其中,h的数值也可看作未加翅片时光管的对流换热数值,当流速从1㎏/(㎡S)增至4㎏/(㎡S)时,h的数值可从25 w/(㎡·℃)左右增加至70 w/(㎡·℃)以上,看起来流速增加的效果是显著的。但请比较ho的变化,ho代表采用翅片以后,换算到光管外表面的换热系数,当流速从1㎏/(㎡S)增至4㎏/(㎡S)时,ho将从150 w/(㎡·℃)左右增加至400 w/(㎡·℃)。由此可见,翅片的作用是不可替代的。此外,还应考虑到,流速是不允许随意增加的,流速过高会导致流动阻力的急剧上升,增加运行成本。
【问题2】关于传热公式问:传热公式Q = A K△T与其他局部过程的换热计算式的区别在哪儿,传热公式有什么优点?
答:传热公式是基于从热流体到冷流体的整个传热过程推导出来的,而局部的换热计算式,如管外部的对流换热式Q=A ho (Two-To)仅适用于这一特定的局部换热过程。
传热公式的大优点在于其传热温差△T=Ti-To是热流体和冷流体之间的温度差。众所周知,流体的温度是比较容易测量和获取的;而任何一个局部的换热式中都包含了壁面温度(Two或 Twi)。壁面温度的测量是很困难的,在一个大的换热设备中,要测量、获取它的壁面平均温度几乎是不可能的。
【问题3】为什么要重视换热系数ho?问:既然传热系数K与三个局部过程的特性有关: 答:这是因为翅片侧的“热阻”大,唯有它对整个传热过程起到“控制”作用。在翅片管传热的应用条件下,假定管内是水的单相流动或水的相变过程(沸腾或凝结),管内的换热系数hi在5000~10000之间,而管外翅片侧的换热系数ho在150~400之间。两者相差是很悬殊的。所以其热阻(1/ho)将起到控制作用,总热阻仅比它大一点点。因而传热系数K的数值总是接近ho的数值,且总是小于ho的数值
【问题4】掌握翅片换热器设计应牢记什么?下面几个简单的概念或基本公式是应该记住的,这对掌握翅片管换热器的设计方法是至关重要的。
1)传热过程是热量由热流体通过管壁传给冷流体的整个过程,它由三个局部过程组成。
2)传热公式Q = A K△T ,一定要牢记。不论对所有型式的换热器的设计,还是对翅片管换热器的设计,它是形式简单,但是重要的公式,它是所有计算式中的 №1 !
3)之所以称上述公式重要,因为换热器的传热面积A就是由这一传热公式计算出来的:
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