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Tube à ailettes avec une structure compacte, efficacité de transfert de chaleur élevée
Jun 20, 2017

Le tube à ailettes présente les avantages d'une structure compacte, d'une efficacité de transfert de chaleur élevée et ainsi de suite. Il est largement utilisé dans les domaines du pétrole, de l'industrie chimique, de l'énergie, du transport, de la réfrigération et de la climatisation. Le tube à ailettes peut être divisé en deux types: un tube à ailettes longitudinal et un tube à ailettes transversal. Le tube à ailettes longitudinal a une efficacité de transfert de chaleur plus élevée et une résistance à l'écoulement plus faible, mais la technologie de traitement est plus compliquée. Ailerons longitudinaux peuvent augmenter la zone de transfert de chaleur, améliorer le coefficient de transfert de chaleur, et produire une résistance à l'écoulement inférieure, il peut être utilisé pour la chaudière à gaz peut réduire considérablement la température d'échappement et réduire la perte de fumée.

1. Modèle physique et méthode de calcul

1.1 Modèle physique

Dans cet article, nous étudions l'angle, la hauteur, l'espacement (figure 1) et le type d'ailettes longitudinales. La longueur longitudinale du tube à ailettes est de 40 mm, le diamètre extérieur est de 57 mm, l'épaisseur de la paroi est de 7 mm, l'angle des ailettes, la hauteur et le pas sont variables. La figure 2 est un schéma de structure tubulaire à ailettes longitudinales ondulées, le tube à ailettes longitudinal ondulé est plié en une plaque ondulée soudée à haute fréquence soudée à la paroi extérieure du conduit de lumière, le procédé de fabrication est simple.

1.2 Équations de contrôle et paramètres des conditions aux limites

Le modèle d'écoulement laminaire en régime permanent tridimensionnel est utilisé pour calculer la fluidité du fluide, et les paramètres physiques tels que la conductivité thermique λ, la densité ρ et la viscosité μ sont constants. La forme générale de l'équation de continuité, l'équation de quantité de mouvement et l'équation d'énergie est:

Où φ est la variable correspondant à l'équation différente; Vφ est la variable de vitesse de l'équation de quantité de mouvement correspondante; Γφ est le coefficient de diffusion; Sφ est le terme source. Dans l'état d'écoulement laminaire, les paramètres correspondant aux différentes variables sont indiqués dans le tableau 1 (T dans le tableau 1 est la température du fluide, P r est le nombre de Prandtl et p est la pression).

Puisque le tube longitudinal à ailettes est une structure symétrique, lorsqu'une simulation numérique est effectuée avec F lue nt, un quart du modèle de tube à ailettes peut être étudié. La méthode du volume fini est utilisée pour discrétiser la zone de calcul. La région solide est divisée en mailles. La région de fluide est divisée par une grille non uniforme et des mailles sur la paroi proche. L'algorithme SIMPLEC est utilisé pour traiter le problème de couplage de la vitesse et de la pression. Le format discret des articles convectifs est QUICK, l'entrée est réglée sur l'entrée de vitesse, la sortie est la sortie de pression, la paroi interne du tube de transfert de chaleur est la température de paroi constante, la paroi solide et la paroi fluide Couplé, après l'évaluation de l'indépendance du réseau, dans F luuent dans la simulation.

2. Résultats de la simulation numérique et discussion

Effet de l'angle d'ailette sur la performance de transfert de chaleur du tube à ailettes

Les angles des ailettes sont respectivement de 0 °, 10 °, 20 °, 30 °, 40 °, 50 ° et 60 °, et la hauteur des ailettes est respectivement de 12 et 18 mm pour se comparer et réduire le Erreur.

Avec l'augmentation de l'angle, le transfert de chaleur total du tube à ailettes diminue. Lorsque l'angle d'ailette est de 0 °, la capacité de transfert de chaleur du tube à ailettes est la même dans les mêmes conditions, donc lorsque l'ailette est à ailettes, le tube est disposé verticalement. Théoriquement, lorsque les ailettes sont inclinées, la hauteur effective du tube à ailettes (la distance entre l'extrémité de l'ailette et le centre du tube de transfert de chaleur) est réduite, entraînant une diminution de la zone de transfert thermique efficace des ailettes et effet de transfert de chaleur.

Effet de la hauteur des ailettes sur les performances de transfert de chaleur

Les résultats suivants sont obtenus lorsque la hauteur de l'ailette est comprise entre 0 et 30 mm, la longueur du pas est 3 mm, la conductivité thermique des ailettes λ = 2 02,5 W / (m · K).

Le transfert de chaleur par unité de surface des ailettes augmente avec l'augmentation de la hauteur des ailettes. Lorsque la hauteur des ailettes est de 3 ~ 15 mm, le transfert de chaleur par unité de surface des ailettes est plus important et le transfert de chaleur par unité de surface est de 2 3 0 kJ / m2 ou plus; lorsque la hauteur de la nageoire de 9 mm, les ailettes par unité de surface de transfert de chaleur à 242,2 kJ / m2, le plus grand transfert de chaleur par unité de surface. Lorsque la hauteur des ailettes dépasse 15 mm, le transfert de chaleur par unité de surface des ailettes est considérablement réduit, c'est-à-dire que le transfert de chaleur total des ailettes est inférieur à celui de la surface des ailettes.

La hauteur des ailettes est ensuite évaluée par un calcul théorique, et la valeur optimale de la hauteur des ailettes est étudiée par le produit β × ηf du rapport de recherche et de l'efficacité des ailettes. On peut voir sur la figure 5 que la tendance du graphique obtenue par la méthode de calcul théorique est fondamentalement cohérente avec les résultats de la simulation numérique. Le produit des ailettes à nageoires et de l'efficacité des ailettes est supérieur à 1, c'est-à-dire que l'effet de transfert de chaleur est meilleur que celui du tube optique, et le produit des deux augmente avec la hauteur de la nageoire. lorsque la hauteur de la nageoire est de 9 ~ 15mm, cette valeur est meilleure. On peut voir sur la figure 5 que lorsque la hauteur de l'ailette dépasse 15 mm, la différence de hauteur des ailettes β × ηf n'est pas si grande, et les ailettes sont considérées à partir des aspects du matériau de traitement et des ailettes. de l'utilisation de 9mm est plus approprié.





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