管翅式热管换热器性能分析

任常在　代元军　赵龙广

【摘 要】一款具有新型结构的热管换热器，与传统的此类换热器相比，新装置可以方便地安装螺旋型翅片，使其换热效果在不变的基础上增加了除尘的功能。针对所设计的一种新型热管换热器，本文采用FLUENT软件对其进行模拟。模拟结果表明，改进之后的新型换热器不但换热效率有所提高，而且具有一定的除尘能力，这种新型换热器采用的是螺旋翅片形式的热管，烟气流通区域存在有环形流道，这种设计的好处是，它使得灰尘颗粒在翅片管以及换热器内壁表面聚集，同时由于重力作用，这些灰尘在达到一定重量后就会沿着翅片的倾角降落到排灰斗中。

【关键词】热管；换热器；CFD；换热效率；经济性

【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

随着经济的高速发展和世界一次能源的不断消耗，导致能源与环境两者之间矛盾日益变大，现已成为限制国家发展的绊脚石。实施可持续发展战略和科学高效的利用清洁 能源是解决这个问题的有效方法[1]。排烟的热量损失是各种型号锅炉的热损失中最多的，排烟温度的高低直接决定了排烟热损失量的多少，数据调查显示：排烟温度每增加10°C，排烟热损失量增加0.6%～1.0%[2]，为了降低排烟热损失，同时能将烟气中的灰尘进行除灰，许多业内人士对换热器都进行了优化：王定标、董其伍[3]等应用数值仿真的方法对壳管式换热器的每个相关参数的变化对换热器的换热效果和流动性能的影响进行了详细的研究；聂建虎，陶文铨[4-6]等对壳管式换热器封头和出流管口的管嘴之中的流体开展了模拟仿真计算，对入口处的挡板布置及其结构方式的不同对出流管内的流体速度匀性的影响进行了研究。黄兴华、王启杰等[7-8]采用多孔介质模型对热管式省煤器的单相液体的速度场和温度场进行了三维数值仿真，研究得出省煤器内部流体速度分布和传热分布规律。综上所述：热管换热器尽管在化工、航天、制冷等行业有成功的应用，然而对于锅炉余热烟气回收专用热管节能换热装备研究并不广泛，同时相应的热管换热产品也并未大范围推广使用。本文针对锅炉烟气余热使用热管换热器并将热管换热器加装肋片，使其同时具有除尘的功能。

1 模型建立

本文优化的热管换热器有着比较大的面积，繁琐的构造，并且热管与翅片的数目很多，在应对工程上复杂的实际问题时，对实际热管换热器的物理模型进行一部分的简化，所以做出了一些假设；

1.1 模型假设

（1）分别模拟系统的烟气侧流动与除尘情况及水侧的换热性能。

（2）把螺旋形的翅片简化成单一的圆形翅片，且翅片在管外呈现斜向布置。

（3）把低温烟气视为可压缩流体。

（4）水看成不可压缩流体。

（5）热管表面温度视为固定值

（6）烟气进口速度、温度为恒定值。

（7）按着翅片底部温度等效于热管外壁面温度。

（3）通过对新型热管换热器、普通热管换热器的经济性对比分析，可以确定该新型热管换热器具有较大的发展空间和应用价值。

【参考文献】

[1]于可真.重力式热管吸附床的结构设计及性能研究[M].大连海事大学，2010，6.

[2]高占民，张少平.降低电站锅炉排烟温度新技术研究[J].节能技术，2006，24（1）：9-11.

[3]王定标，董其伍，刘敏珊，等.纵流壳程换热器数值模拟的应用研究[J].郑州工业大学学报，1999，20（2）：18-20.

[4]聂建虎，陶文铨，王秋旺.具有复杂结构的换热器出水管段内湍流的数值模拟[J].

[5]陶文铨.数值传热学[M].西安：西安交通大学出版社，1988：1-19.

[6]陶文铨.计算传热学的近代进展[M].北京：科学出版社，2005：1-5.

[7]黄兴华，王启杰，陆震.管壳式换热器壳程流动和传热的三维数值模拟[J].化工学报，2000，51（3）：297-302.

[8]黄兴华，陆震，刘冬暖.换热器壳侧紊流流动特性的数值研究[J].上海交通大学学报，2000，34（9）：1191-1194.

[责任编辑：杨玉洁]

【摘 要】一款具有新型结构的热管换热器，与传统的此类换热器相比，新装置可以方便地安装螺旋型翅片，使其换热效果在不变的基础上增加了除尘的功能。针对所设计的一种新型热管换热器，本文采用FLUENT软件对其进行模拟。模拟结果表明，改进之后的新型换热器不但换热效率有所提高，而且具有一定的除尘能力，这种新型换热器采用的是螺旋翅片形式的热管，烟气流通区域存在有环形流道，这种设计的好处是，它使得灰尘颗粒在翅片管以及换热器内壁表面聚集，同时由于重力作用，这些灰尘在达到一定重量后就会沿着翅片的倾角降落到排灰斗中。

【关键词】热管；换热器；CFD；换热效率；经济性

【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

随着经济的高速发展和世界一次能源的不断消耗，导致能源与环境两者之间矛盾日益变大，现已成为限制国家发展的绊脚石。实施可持续发展战略和科学高效的利用清洁 能源是解决这个问题的有效方法[1]。排烟的热量损失是各种型号锅炉的热损失中最多的，排烟温度的高低直接决定了排烟热损失量的多少，数据调查显示：排烟温度每增加10°C，排烟热损失量增加0.6%～1.0%[2]，为了降低排烟热损失，同时能将烟气中的灰尘进行除灰，许多业内人士对换热器都进行了优化：王定标、董其伍[3]等应用数值仿真的方法对壳管式换热器的每个相关参数的变化对换热器的换热效果和流动性能的影响进行了详细的研究；聂建虎，陶文铨[4-6]等对壳管式换热器封头和出流管口的管嘴之中的流体开展了模拟仿真计算，对入口处的挡板布置及其结构方式的不同对出流管内的流体速度匀性的影响进行了研究。黄兴华、王启杰等[7-8]采用多孔介质模型对热管式省煤器的单相液体的速度场和温度场进行了三维数值仿真，研究得出省煤器内部流体速度分布和传热分布规律。综上所述：热管换热器尽管在化工、航天、制冷等行业有成功的应用，然而对于锅炉余热烟气回收专用热管节能换热装备研究并不广泛，同时相应的热管换热产品也并未大范围推广使用。本文针对锅炉烟气余热使用热管换热器并将热管换热器加装肋片，使其同时具有除尘的功能。

1 模型建立

本文优化的热管换热器有着比较大的面积，繁琐的构造，并且热管与翅片的数目很多，在应对工程上复杂的实际问题时，对实际热管换热器的物理模型进行一部分的简化，所以做出了一些假设；

1.1 模型假设

（1）分别模拟系统的烟气侧流动与除尘情况及水侧的换热性能。

（2）把螺旋形的翅片简化成单一的圆形翅片，且翅片在管外呈现斜向布置。

（3）把低温烟气视为可压缩流体。

（4）水看成不可压缩流体。

（5）热管表面温度视为固定值

（6）烟气进口速度、温度为恒定值。

（7）按着翅片底部温度等效于热管外壁面温度。

（3）通过对新型热管换热器、普通热管换热器的经济性对比分析，可以确定该新型热管换热器具有较大的发展空间和应用价值。

【参考文献】

[1]于可真.重力式热管吸附床的结构设计及性能研究[M].大连海事大学，2010，6.

[2]高占民，张少平.降低电站锅炉排烟温度新技术研究[J].节能技术，2006，24（1）：9-11.

[3]王定标，董其伍，刘敏珊，等.纵流壳程换热器数值模拟的应用研究[J].郑州工业大学学报，1999，20（2）：18-20.

[4]聂建虎，陶文铨，王秋旺.具有复杂结构的换热器出水管段内湍流的数值模拟[J].

[5]陶文铨.数值传热学[M].西安：西安交通大学出版社，1988：1-19.

[6]陶文铨.计算传热学的近代进展[M].北京：科学出版社，2005：1-5.

[7]黄兴华，王启杰，陆震.管壳式换热器壳程流动和传热的三维数值模拟[J].化工学报，2000，51（3）：297-302.

[8]黄兴华，陆震，刘冬暖.换热器壳侧紊流流动特性的数值研究[J].上海交通大学学报，2000，34（9）：1191-1194.

[责任编辑：杨玉洁]

【摘 要】一款具有新型结构的热管换热器，与传统的此类换热器相比，新装置可以方便地安装螺旋型翅片，使其换热效果在不变的基础上增加了除尘的功能。针对所设计的一种新型热管换热器，本文采用FLUENT软件对其进行模拟。模拟结果表明，改进之后的新型换热器不但换热效率有所提高，而且具有一定的除尘能力，这种新型换热器采用的是螺旋翅片形式的热管，烟气流通区域存在有环形流道，这种设计的好处是，它使得灰尘颗粒在翅片管以及换热器内壁表面聚集，同时由于重力作用，这些灰尘在达到一定重量后就会沿着翅片的倾角降落到排灰斗中。

【关键词】热管；换热器；CFD；换热效率；经济性

【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

随着经济的高速发展和世界一次能源的不断消耗，导致能源与环境两者之间矛盾日益变大，现已成为限制国家发展的绊脚石。实施可持续发展战略和科学高效的利用清洁 能源是解决这个问题的有效方法[1]。排烟的热量损失是各种型号锅炉的热损失中最多的，排烟温度的高低直接决定了排烟热损失量的多少，数据调查显示：排烟温度每增加10°C，排烟热损失量增加0.6%～1.0%[2]，为了降低排烟热损失，同时能将烟气中的灰尘进行除灰，许多业内人士对换热器都进行了优化：王定标、董其伍[3]等应用数值仿真的方法对壳管式换热器的每个相关参数的变化对换热器的换热效果和流动性能的影响进行了详细的研究；聂建虎，陶文铨[4-6]等对壳管式换热器封头和出流管口的管嘴之中的流体开展了模拟仿真计算，对入口处的挡板布置及其结构方式的不同对出流管内的流体速度匀性的影响进行了研究。黄兴华、王启杰等[7-8]采用多孔介质模型对热管式省煤器的单相液体的速度场和温度场进行了三维数值仿真，研究得出省煤器内部流体速度分布和传热分布规律。综上所述：热管换热器尽管在化工、航天、制冷等行业有成功的应用，然而对于锅炉余热烟气回收专用热管节能换热装备研究并不广泛，同时相应的热管换热产品也并未大范围推广使用。本文针对锅炉烟气余热使用热管换热器并将热管换热器加装肋片，使其同时具有除尘的功能。

1 模型建立

本文优化的热管换热器有着比较大的面积，繁琐的构造，并且热管与翅片的数目很多，在应对工程上复杂的实际问题时，对实际热管换热器的物理模型进行一部分的简化，所以做出了一些假设；

1.1 模型假设

（1）分别模拟系统的烟气侧流动与除尘情况及水侧的换热性能。

（2）把螺旋形的翅片简化成单一的圆形翅片，且翅片在管外呈现斜向布置。

（3）把低温烟气视为可压缩流体。

（4）水看成不可压缩流体。

（5）热管表面温度视为固定值

（6）烟气进口速度、温度为恒定值。

（7）按着翅片底部温度等效于热管外壁面温度。

（3）通过对新型热管换热器、普通热管换热器的经济性对比分析，可以确定该新型热管换热器具有较大的发展空间和应用价值。

【参考文献】

[1]于可真.重力式热管吸附床的结构设计及性能研究[M].大连海事大学，2010，6.

[2]高占民，张少平.降低电站锅炉排烟温度新技术研究[J].节能技术，2006，24（1）：9-11.

[3]王定标，董其伍，刘敏珊，等.纵流壳程换热器数值模拟的应用研究[J].郑州工业大学学报，1999，20（2）：18-20.

[4]聂建虎，陶文铨，王秋旺.具有复杂结构的换热器出水管段内湍流的数值模拟[J].

[5]陶文铨.数值传热学[M].西安：西安交通大学出版社，1988：1-19.

[6]陶文铨.计算传热学的近代进展[M].北京：科学出版社，2005：1-5.

[7]黄兴华，王启杰，陆震.管壳式换热器壳程流动和传热的三维数值模拟[J].化工学报，2000，51（3）：297-302.

[8]黄兴华，陆震，刘冬暖.换热器壳侧紊流流动特性的数值研究[J].上海交通大学学报，2000，34（9）：1191-1194.

[责任编辑：杨玉洁]