管翅式熱管換熱器性能分析

任常在　代元軍　趙龍廣

【摘 要】一款具有新型結(jié)構(gòu)的熱管換熱器，與傳統(tǒng)的此類換熱器相比，新裝置可以方便地安裝螺旋型翅片，使其換熱效果在不變的基礎(chǔ)上增加了除塵的功能。針對所設(shè)計的一種新型熱管換熱器，本文采用FLUENT軟件對其進行模擬。模擬結(jié)果表明，改進之后的新型換熱器不但換熱效率有所提高，而且具有一定的除塵能力，這種新型換熱器采用的是螺旋翅片形式的熱管，煙氣流通區(qū)域存在有環(huán)形流道，這種設(shè)計的好處是，它使得灰塵顆粒在翅片管以及換熱器內(nèi)壁表面聚集，同時由于重力作用，這些灰塵在達到一定重量后就會沿著翅片的傾角降落到排灰斗中。

【關(guān)鍵詞】熱管；換熱器；CFD；換熱效率；經(jīng)濟性

【Abstract】A gravity type heat pipe heat exchanger has be designed in the paper. Compared to traditional heat pipe heat exchanger，the new equipment can add fins strengthening heat transfer conveniently. The new equipment increasing the dust removal function while the effect of heat transfer was no change. this issue developed a new heat pipe heat exchanger， and made numerical simulation by the software of FLUENT. This new type heat exchanger not only has high thermal efficiency， but also has certain dusting ability， its internal heat pipe adopting spiral finned tube form，the flue gases side and water side are circular runner. This kind of unique internal structure made the dust particles in the flue gases easy to deposit on the surface of spiral finned tube and in wall， and in the pull of gravity the dust particles falls down to the ash hopper.

【Key words】Radiator； inverter； CFD； Cooling efficiency； Temperature field

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和世界一次能源的不斷消耗，導(dǎo)致能源與環(huán)境兩者之間矛盾日益變大，現(xiàn)已成為限制國家發(fā)展的絆腳石。實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和科學(xué)高效的利用清潔 能源是解決這個問題的有效方法[1]。排煙的熱量損失是各種型號鍋爐的熱損失中最多的，排煙溫度的高低直接決定了排煙熱損失量的多少，數(shù)據(jù)調(diào)查顯示：排煙溫度每增加10°C，排煙熱損失量增加0.6%～1.0%[2]，為了降低排煙熱損失，同時能將煙氣中的灰塵進行除灰，許多業(yè)內(nèi)人士對換熱器都進行了優(yōu)化：王定標、董其伍[3]等應(yīng)用數(shù)值仿真的方法對殼管式換熱器的每個相關(guān)參數(shù)的變化對換熱器的換熱效果和流動性能的影響進行了詳細的研究；聶建虎，陶文銓[4-6]等對殼管式換熱器封頭和出流管口的管嘴之中的流體開展了模擬仿真計算，對入口處的擋板布置及其結(jié)構(gòu)方式的不同對出流管內(nèi)的流體速度勻性的影響進行了研究。黃興華、王啟杰等[7-8]采用多孔介質(zhì)模型對熱管式省煤器的單相液體的速度場和溫度場進行了三維數(shù)值仿真，研究得出省煤器內(nèi)部流體速度分布和傳熱分布規(guī)律。綜上所述：熱管換熱器盡管在化工、航天、制冷等行業(yè)有成功的應(yīng)用，然而對于鍋爐余熱煙氣回收專用熱管節(jié)能換熱裝備研究并不廣泛，同時相應(yīng)的熱管換熱產(chǎn)品也并未大范圍推廣使用。本文針對鍋爐煙氣余熱使用熱管換熱器并將熱管換熱器加裝肋片，使其同時具有除塵的功能。

1 模型建立

本文優(yōu)化的熱管換熱器有著比較大的面積，繁瑣的構(gòu)造，并且熱管與翅片的數(shù)目很多，在應(yīng)對工程上復(fù)雜的實際問題時，對實際熱管換熱器的物理模型進行一部分的簡化，所以做出了一些假設(shè)；

1.1 模型假設(shè)

（1）分別模擬系統(tǒng)的煙氣側(cè)流動與除塵情況及水側(cè)的換熱性能。

（2）把螺旋形的翅片簡化成單一的圓形翅片，且翅片在管外呈現(xiàn)斜向布置。

（3）把低溫煙氣視為可壓縮流體。

（4）水看成不可壓縮流體。

（5）熱管表面溫度視為固定值

（6）煙氣進口速度、溫度為恒定值。

（7）按著翅片底部溫度等效于熱管外壁面溫度。

（3）通過對新型熱管換熱器、普通熱管換熱器的經(jīng)濟性對比分析，可以確定該新型熱管換熱器具有較大的發(fā)展空間和應(yīng)用價值。

【參考文獻】

[1]于可真.重力式熱管吸附床的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能研究[M].大連海事大學(xué)，2010，6.

[2]高占民，張少平.降低電站鍋爐排煙溫度新技術(shù)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2006，24（1）：9-11.

[3]王定標，董其伍，劉敏珊，等.縱流殼程換熱器數(shù)值模擬的應(yīng)用研究[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，20（2）：18-20.

[4]聶建虎，陶文銓，王秋旺.具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的換熱器出水管段內(nèi)湍流的數(shù)值模擬[J].

[5]陶文銓.數(shù)值傳熱學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1988：1-19.

[6]陶文銓.計算傳熱學(xué)的近代進展[M].北京：科學(xué)出版社，2005：1-5.

[7]黃興華，王啟杰，陸震.管殼式換熱器殼程流動和傳熱的三維數(shù)值模擬[J].化工學(xué)報，2000，51（3）：297-302.

[8]黃興華，陸震，劉冬暖.換熱器殼側(cè)紊流流動特性的數(shù)值研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2000，34（9）：1191-1194.

[責任編輯：楊玉潔]

【摘 要】一款具有新型結(jié)構(gòu)的熱管換熱器，與傳統(tǒng)的此類換熱器相比，新裝置可以方便地安裝螺旋型翅片，使其換熱效果在不變的基礎(chǔ)上增加了除塵的功能。針對所設(shè)計的一種新型熱管換熱器，本文采用FLUENT軟件對其進行模擬。模擬結(jié)果表明，改進之后的新型換熱器不但換熱效率有所提高，而且具有一定的除塵能力，這種新型換熱器采用的是螺旋翅片形式的熱管，煙氣流通區(qū)域存在有環(huán)形流道，這種設(shè)計的好處是，它使得灰塵顆粒在翅片管以及換熱器內(nèi)壁表面聚集，同時由于重力作用，這些灰塵在達到一定重量后就會沿著翅片的傾角降落到排灰斗中。

【關(guān)鍵詞】熱管；換熱器；CFD；換熱效率；經(jīng)濟性

【Abstract】A gravity type heat pipe heat exchanger has be designed in the paper. Compared to traditional heat pipe heat exchanger，the new equipment can add fins strengthening heat transfer conveniently. The new equipment increasing the dust removal function while the effect of heat transfer was no change. this issue developed a new heat pipe heat exchanger， and made numerical simulation by the software of FLUENT. This new type heat exchanger not only has high thermal efficiency， but also has certain dusting ability， its internal heat pipe adopting spiral finned tube form，the flue gases side and water side are circular runner. This kind of unique internal structure made the dust particles in the flue gases easy to deposit on the surface of spiral finned tube and in wall， and in the pull of gravity the dust particles falls down to the ash hopper.

【Key words】Radiator； inverter； CFD； Cooling efficiency； Temperature field

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和世界一次能源的不斷消耗，導(dǎo)致能源與環(huán)境兩者之間矛盾日益變大，現(xiàn)已成為限制國家發(fā)展的絆腳石。實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和科學(xué)高效的利用清潔 能源是解決這個問題的有效方法[1]。排煙的熱量損失是各種型號鍋爐的熱損失中最多的，排煙溫度的高低直接決定了排煙熱損失量的多少，數(shù)據(jù)調(diào)查顯示：排煙溫度每增加10°C，排煙熱損失量增加0.6%～1.0%[2]，為了降低排煙熱損失，同時能將煙氣中的灰塵進行除灰，許多業(yè)內(nèi)人士對換熱器都進行了優(yōu)化：王定標、董其伍[3]等應(yīng)用數(shù)值仿真的方法對殼管式換熱器的每個相關(guān)參數(shù)的變化對換熱器的換熱效果和流動性能的影響進行了詳細的研究；聶建虎，陶文銓[4-6]等對殼管式換熱器封頭和出流管口的管嘴之中的流體開展了模擬仿真計算，對入口處的擋板布置及其結(jié)構(gòu)方式的不同對出流管內(nèi)的流體速度勻性的影響進行了研究。黃興華、王啟杰等[7-8]采用多孔介質(zhì)模型對熱管式省煤器的單相液體的速度場和溫度場進行了三維數(shù)值仿真，研究得出省煤器內(nèi)部流體速度分布和傳熱分布規(guī)律。綜上所述：熱管換熱器盡管在化工、航天、制冷等行業(yè)有成功的應(yīng)用，然而對于鍋爐余熱煙氣回收專用熱管節(jié)能換熱裝備研究并不廣泛，同時相應(yīng)的熱管換熱產(chǎn)品也并未大范圍推廣使用。本文針對鍋爐煙氣余熱使用熱管換熱器并將熱管換熱器加裝肋片，使其同時具有除塵的功能。

1 模型建立

本文優(yōu)化的熱管換熱器有著比較大的面積，繁瑣的構(gòu)造，并且熱管與翅片的數(shù)目很多，在應(yīng)對工程上復(fù)雜的實際問題時，對實際熱管換熱器的物理模型進行一部分的簡化，所以做出了一些假設(shè)；

1.1 模型假設(shè)

（1）分別模擬系統(tǒng)的煙氣側(cè)流動與除塵情況及水側(cè)的換熱性能。

（2）把螺旋形的翅片簡化成單一的圓形翅片，且翅片在管外呈現(xiàn)斜向布置。

（3）把低溫煙氣視為可壓縮流體。

（4）水看成不可壓縮流體。

（5）熱管表面溫度視為固定值

（6）煙氣進口速度、溫度為恒定值。

（7）按著翅片底部溫度等效于熱管外壁面溫度。

（3）通過對新型熱管換熱器、普通熱管換熱器的經(jīng)濟性對比分析，可以確定該新型熱管換熱器具有較大的發(fā)展空間和應(yīng)用價值。

【參考文獻】

[1]于可真.重力式熱管吸附床的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能研究[M].大連海事大學(xué)，2010，6.

[2]高占民，張少平.降低電站鍋爐排煙溫度新技術(shù)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2006，24（1）：9-11.

[3]王定標，董其伍，劉敏珊，等.縱流殼程換熱器數(shù)值模擬的應(yīng)用研究[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，20（2）：18-20.

[4]聶建虎，陶文銓，王秋旺.具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的換熱器出水管段內(nèi)湍流的數(shù)值模擬[J].

[5]陶文銓.數(shù)值傳熱學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1988：1-19.

[6]陶文銓.計算傳熱學(xué)的近代進展[M].北京：科學(xué)出版社，2005：1-5.

[7]黃興華，王啟杰，陸震.管殼式換熱器殼程流動和傳熱的三維數(shù)值模擬[J].化工學(xué)報，2000，51（3）：297-302.

[8]黃興華，陸震，劉冬暖.換熱器殼側(cè)紊流流動特性的數(shù)值研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2000，34（9）：1191-1194.

[責任編輯：楊玉潔]

【摘 要】一款具有新型結(jié)構(gòu)的熱管換熱器，與傳統(tǒng)的此類換熱器相比，新裝置可以方便地安裝螺旋型翅片，使其換熱效果在不變的基礎(chǔ)上增加了除塵的功能。針對所設(shè)計的一種新型熱管換熱器，本文采用FLUENT軟件對其進行模擬。模擬結(jié)果表明，改進之后的新型換熱器不但換熱效率有所提高，而且具有一定的除塵能力，這種新型換熱器采用的是螺旋翅片形式的熱管，煙氣流通區(qū)域存在有環(huán)形流道，這種設(shè)計的好處是，它使得灰塵顆粒在翅片管以及換熱器內(nèi)壁表面聚集，同時由于重力作用，這些灰塵在達到一定重量后就會沿著翅片的傾角降落到排灰斗中。

【關(guān)鍵詞】熱管；換熱器；CFD；換熱效率；經(jīng)濟性

【Abstract】A gravity type heat pipe heat exchanger has be designed in the paper. Compared to traditional heat pipe heat exchanger，the new equipment can add fins strengthening heat transfer conveniently. The new equipment increasing the dust removal function while the effect of heat transfer was no change. this issue developed a new heat pipe heat exchanger， and made numerical simulation by the software of FLUENT. This new type heat exchanger not only has high thermal efficiency， but also has certain dusting ability， its internal heat pipe adopting spiral finned tube form，the flue gases side and water side are circular runner. This kind of unique internal structure made the dust particles in the flue gases easy to deposit on the surface of spiral finned tube and in wall， and in the pull of gravity the dust particles falls down to the ash hopper.

【Key words】Radiator； inverter； CFD； Cooling efficiency； Temperature field

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和世界一次能源的不斷消耗，導(dǎo)致能源與環(huán)境兩者之間矛盾日益變大，現(xiàn)已成為限制國家發(fā)展的絆腳石。實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和科學(xué)高效的利用清潔 能源是解決這個問題的有效方法[1]。排煙的熱量損失是各種型號鍋爐的熱損失中最多的，排煙溫度的高低直接決定了排煙熱損失量的多少，數(shù)據(jù)調(diào)查顯示：排煙溫度每增加10°C，排煙熱損失量增加0.6%～1.0%[2]，為了降低排煙熱損失，同時能將煙氣中的灰塵進行除灰，許多業(yè)內(nèi)人士對換熱器都進行了優(yōu)化：王定標、董其伍[3]等應(yīng)用數(shù)值仿真的方法對殼管式換熱器的每個相關(guān)參數(shù)的變化對換熱器的換熱效果和流動性能的影響進行了詳細的研究；聶建虎，陶文銓[4-6]等對殼管式換熱器封頭和出流管口的管嘴之中的流體開展了模擬仿真計算，對入口處的擋板布置及其結(jié)構(gòu)方式的不同對出流管內(nèi)的流體速度勻性的影響進行了研究。黃興華、王啟杰等[7-8]采用多孔介質(zhì)模型對熱管式省煤器的單相液體的速度場和溫度場進行了三維數(shù)值仿真，研究得出省煤器內(nèi)部流體速度分布和傳熱分布規(guī)律。綜上所述：熱管換熱器盡管在化工、航天、制冷等行業(yè)有成功的應(yīng)用，然而對于鍋爐余熱煙氣回收專用熱管節(jié)能換熱裝備研究并不廣泛，同時相應(yīng)的熱管換熱產(chǎn)品也并未大范圍推廣使用。本文針對鍋爐煙氣余熱使用熱管換熱器并將熱管換熱器加裝肋片，使其同時具有除塵的功能。

1 模型建立

本文優(yōu)化的熱管換熱器有著比較大的面積，繁瑣的構(gòu)造，并且熱管與翅片的數(shù)目很多，在應(yīng)對工程上復(fù)雜的實際問題時，對實際熱管換熱器的物理模型進行一部分的簡化，所以做出了一些假設(shè)；

1.1 模型假設(shè)

（1）分別模擬系統(tǒng)的煙氣側(cè)流動與除塵情況及水側(cè)的換熱性能。

（2）把螺旋形的翅片簡化成單一的圓形翅片，且翅片在管外呈現(xiàn)斜向布置。

（3）把低溫煙氣視為可壓縮流體。

（4）水看成不可壓縮流體。

（5）熱管表面溫度視為固定值

（6）煙氣進口速度、溫度為恒定值。

（7）按著翅片底部溫度等效于熱管外壁面溫度。

（3）通過對新型熱管換熱器、普通熱管換熱器的經(jīng)濟性對比分析，可以確定該新型熱管換熱器具有較大的發(fā)展空間和應(yīng)用價值。

【參考文獻】

[1]于可真.重力式熱管吸附床的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能研究[M].大連海事大學(xué)，2010，6.

[2]高占民，張少平.降低電站鍋爐排煙溫度新技術(shù)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2006，24（1）：9-11.

[3]王定標，董其伍，劉敏珊，等.縱流殼程換熱器數(shù)值模擬的應(yīng)用研究[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，20（2）：18-20.

[4]聶建虎，陶文銓，王秋旺.具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的換熱器出水管段內(nèi)湍流的數(shù)值模擬[J].

[5]陶文銓.數(shù)值傳熱學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1988：1-19.

[6]陶文銓.計算傳熱學(xué)的近代進展[M].北京：科學(xué)出版社，2005：1-5.

[7]黃興華，王啟杰，陸震.管殼式換熱器殼程流動和傳熱的三維數(shù)值模擬[J].化工學(xué)報，2000，51（3）：297-302.

[8]黃興華，陸震，劉冬暖.換熱器殼側(cè)紊流流動特性的數(shù)值研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2000，34（9）：1191-1194.

[責任編輯：楊玉潔]