FLUENT强化传热之纵向翅片

    影响流体传热的因素很多，如流体的运动状态、换热表面的几何形状、流体的物理性质等。工业上为了强化流体之间的换热，通常采用提高流速和改变换热表面的形状来实现换热的强化，该种做法就是强化换热。之前我们做过一个横向翅片强化传热的案例（可点击文末“阅读原文”查看），今天我们继续做一个纵向翅片的案例。

    我们建立如下三维矩形流道，流道宽度100mm，长度500mm，高度10mm，底部有一块加热板，厚度1mm，底面为100℃恒温面，其余壁面为绝热面。为进行对比分析，对另外一个相同尺寸的流动内部增加了5个高1mm，宽10mm，长500mm的纵向翅片。

图1 流道模型尺寸

    流道介质为空气，入口温度30℃，速度5m/s，流态为湍流，我们选择标准k-e模型；入口边界条件为速度入口，出口边界条件为压力出口。加热板材质为铝，所有材料的物性参数均取默认值。需要指出的是，实际工程计算时，需要取真实值，否则就没有说服力了。简单地进行网格划分，对壁面附近网格进行细化。

图2 流道网格划分

     流道内温度、速度和压力分布如下图。

温度[℃]

速度[m/s]

压力[Pa]

    我们读取通过加热面的热功率，也就是无翅片时空气吸收的热功率为150.7W。

    流道进出口温度分别为30℃和54.44℃，温升14.44℃，据此可以求得流道的数平均温差

    通过壁面的传热量为150.7W，而壁面（固液交界面）总换热面积为0.05m2，因此，总的传热系数为：

    流道进出口压力分别为32.63Pa和0Pa，因此总压降为32.63Pa。

    流道内温度、速度和压力分布如下图。

温度[℃]

速度[m/s]

压力[Pa]

    我们读取通过加热面的热功率，也就是无翅片时空气吸收的热功率为157.04W。

    流道进出口温度分别为30℃和55.47℃，温升55.47℃，据此可以求得流道的数平均温差

    通过壁面的传热量为157.04W，而壁面（固液交界面）总换热面积为0.055m2（翅片增加了换热面积），因此，总的传热系数为：

    流道进出口压力分别为38.48Pa和0Pa，因此总压降为38.48Pa。

    根据以上结果可以看出，增加纵向翅片后流道的换热量增加了4.21%，与此同时压损增加了17.93%。我们注意到，虽然换热量增加，但是计算的换热系数却有所降低，横向翅片的作用主要就是增加换热面积了。我们注意到增加翅片后，流道的速度有一定的增加，这就造成了压损的增加。