开发不同类型高效换热设备已经成为降低能耗的重要手段,本文在内翅片管研究的基础上,研究一种新型堵芯波纹内翅片管。通过将翅片管结构优化改进为波纹形状,使得增大总换热面积,并且改变了流体的流动方向和阻力分布,强化流体对边界层的扰动,减小近壁面空气的热阻,从而达到提升内翅片管换热性能的效果。采用数值模拟的方法,对堵芯波纹内翅片管进行流阻与换热特性的研究。主要的工作内容和结论如下:

　　（1）对比研究了堵芯波纹内翅片管与堵芯直翅片管的换热性能和流阻,并对内翅片管不同截面上的湍动能、速度矢量与温度云图进行了分析。研究发现,与堵芯直翅片管相比,堵芯波纹内翅片管的换热性能更强,综合换热性能平均提升24.33%,且流阻明显高于堵芯直翅片管,平均增加了19.26%。

　　（2）对堵芯波纹内翅片管的主要结构参数进行单因素分析,研究可知:堵芯波纹内翅片管的换热特性与流阻均随波高A增加而增大;波长L对换热特性的影响与A大致相同,随L增加而增大,对于流阻而言,在雷诺数较低时呈现先减小后增大的趋势,当雷诺数大于3653时,流阻随L增加而逐渐减小;另外随翅厚t增加换热特性逐渐减小,流阻则呈现先减小后增大趋势,在翅厚t=0.2 mm处取*小值。然后对堵芯波纹内翅片管进行多目标优化,综合考察了波高A、波长L以及翅厚t对其换热性能与流阻的影响,得到堵芯波纹内翅片管*优结构参数为A=0.85 mm、L=9 mm、t=0.15 mm,以及在*优结构工况下的目标函数j=0.、f=0.、FTEF=0.;*后分析结构参数的敏感性可知,换热特性主要受波长影响,流阻主要受波高影响,波长与翅厚对综合性能敏感性影响相对较高。

　　（3）研究了不同翅片个数对堵芯波纹内翅片管的影响,由结果得出:换热因子j、摩擦因子f、综合性能FTEF均随翅片个数增加而增大。通过云图分析其换热机理表明翅片个数越多,堵芯波纹管的换热效果越好。然后对比了翅片顺排与错排两种不同排列方式的堵芯波纹内翅片管的换热性能与流阻。研究发现,翅片顺排方式的换热因子j和综合性能FTEF高于错排且随着Re增加差距逐渐增大,而翅片错排的摩擦因子f一直高于翅片顺排。*后对比平直波纹与曲面波纹堵芯翅片管的换热性能及流阻规律说明:平直波纹堵芯翅片管的换热因子j和综合换热性能FTEF高于曲面波纹结构;摩擦因子f相差不大,平直波纹结构略高于曲面波纹。