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内螺纹肋管换热器换热特性的数值研究 　　【摘要】：应用计算流体动力学软件Fluent对内螺纹肋管内流体换热特性进行了数值模拟。通过对无量纲肋高H在范围0.02-0.06，肋数N在范围35-50条，螺旋角γ在范围35°-45°的研究结果表明：随H的增加，Nu和f都有较大增加；随着γ的增大，Nu和f均先增大后减小，在螺旋角为41°时，Nu达到最大，在螺旋角为39°时，f达到最大；而肋数N对Nu和f的影响较小。计算结果表明，研究范围内最佳肋参数为H=0.04，N=40，γ=41°。 　　【关键词】内螺纹 ， 换热器 　　【 abstract 】 : using computational fluid dynamics software Fluent internal threads rib tube fluid heat transfer characteristics on the numerical simulation. Through to the dimensionless high H in the range of rib 0.02 0.06, rib in scope and number N-article 50, spiral Angle is related in the range of 35 ° to 45 ° research results show that with the increase of H, Nu and f there are great increase; Along with the increase of γ, Nu and f are first increases, then decreases, and in a spiral Angle for 41 °, Nu achieve maximum, in a spiral Angle of 39 °, f achieve maximum; And the number of rib and f N Nu less effect. The calculation results show that, within the scope of the best rib parameters for the H = 0.04, N = 40, γ = 41 °. 　　【 key words 】 threaded, heat exchanger 　　 　　 　　中图分类号：TK172文献标识码： A 文章编号： 　　1 引言 　　能源危机对世界的经济发展和科学研究造成了巨大的冲击，迫使人们尽力减少石油与其他二次能源的消耗。这在客观上极大地促进了强化传热技术的研究。内螺纹肋管是一种在管内壁上具有螺纹型肋片的高效无源强化换热管, 目前广泛应用在化工、石油和空调制冷等行业中[1-3]，其示意图如图1所示。 　　 　　图1 内螺纹肋管示意图 　　目前对内螺纹肋管管内换热的研究主要采用实验方法，而采用数值方法的研究较为少见。而深入的了解内螺纹肋管内流体的三维换热有助于更深入地探讨内螺纹肋管的强化换热机理, 以及实现对其结构参数的优化。本文采用计算流体动力学软件Fluent对内螺纹肋管内流体三维层流换热进行了数值模拟，并对其结构参数进行了优化分析，以期找到其最佳的结构参数 　　2 物理模型 　　内螺纹管的结构简图如图2所示。取螺纹转过360°的轴向长度为研究对象，管子的直径D=20mm。肋片形状为梯形肋，肋顶角β取为60°，肋顶宽取0.4mm。定义无量纲肋高为H=2e/D，其中e为螺纹肋高度，γ为螺旋角。 　　 　　 　　图2 内螺纹肋管结构简图 　　本文主要研究了无量纲肋高、肋片条数以及螺旋角对内螺旋管内流体流动与换热特性的影响。研究范围内肋的结构参数取值范围为：无量纲肋高H为0.02~0.06，肋数N为35~50条，螺旋角γ为35°~45°。分析肋高、肋数、螺旋角的变化对努塞尔数Nu和阻力系数f的影响。 　　3 计算方法 　　应用计算流体动力学软件，以空气为工作介质，假定管内流动是稳态充分发展层流；不考虑流体的粘性耗散和质量力；恒热流边界，不考虑轴向导热。 　　 　　4 计算结果及分析 　　（1）螺旋角γ对Nu和f的影响 　　 　　图3螺旋角γ对Nu的影响 　　 　　图4螺旋角γ对f的影响 　　由图3和图4中可以看出，随着螺旋角的增大，Nu与f先增大后减小，Nu变化范围在6.584~7.448之间，f变化范围在0.0717~0.0787之间。这主要是由于螺旋角越大，肋的旋转程度越大，对流体的径向扰动越强，从而加强了流体的混合，螺旋角增大也加剧了二次流的产生，从而强化了换热效果，也