百叶窗翅片被广泛运用在空调、热泵、汽车散热器以及冰箱等换热设备中,其主要结构特点是在翅片平面上冲制出呈一定角度排列的多排平片,当流体流过圆管管排和百叶窗翅片表面时,百叶窗结构能够周期性地破坏流体边界层,同时流体在翅片周围和圆管后方会形成涡旋结构,这些涡旋结构使得不同温度的流体之间互相掺混更为强烈,因此流体与翅片之间的换热效果得到强化。值得注意的是,百叶窗结构在增强翅片换热性能的同时也会使流体在肋侧的流动损失增大。本文采用数值模拟的研究方法对百叶窗翅片圆管换热器内的单层翅片结构进行了数值研究,在探究其换热性能和肋侧空气流动特性变化的基础上,进一步从二次流理论的角度分析了翅片上百叶窗结构的强化换热机理。

　　本文所选取的计算区域为流体域包括固体域,其中固体域由三排圆管与单层百叶窗翅片组成。计算区域采用非结构网格划分,并且进行了网格独立性考核。为验证数值计算中计算域选择、网格划分、边界条件设置等的合理性,本文先对相关文献中实验研究的三维几何模型进行了数值模拟,数值计算结果与参考的实验研究结果的基本一致。本文集中对百叶窗攻角和纵向管间距两个几何参数进行了考察,共设计了九种不同的几何模型,每种模型根据雷诺数的不同分为四种工况,分别进行了数值计算。通过对计算结果的处理,得到了包括翅片表面平均努塞尔数Nu、传热因子j、阻力因子f、面积良度因子j/f、二次流强度Se等参数,并通过分析以上参数之间的相互影响关系,研究了百叶窗攻角和纵向管间距对百叶窗翅片换热性能的影响及其作用机理。

　　研究结果表明:在相同的雷诺数下,随着百叶窗攻角增大,翅片与空气的换热性能增强,但同时造成的流动损失也相应增大。百叶窗攻角保持不变时,传热因子j、阻力因子f和面积良度因子j/f都随着雷诺数的增大而减小,传热性能因子J随着泵功率因子F的增大而增大。在相同雷诺数下,百叶窗攻角较大的翅片j和f也较大,攻角越大,j/f越小,综合性能变差;在泵功率因子F相同的情况下,百叶窗攻角越大,J越大。相同攻角翅片上阻力因子随着纵向涡强度的增大而减小。另一方面,增大纵向管间距不能明显地改善百叶窗翅片肋侧的换热性能,但是会使得相同雷诺数下的流动损失略微下降。相同雷诺数下,随着纵向管间距的增大,j/f增大,翅片的综合性能提高。