过渡流状态下的管束、翅片的传热强化机理研究

目前，由于空调家电行业对传统冷媒的替代要求，空调换热器已呈现出向小管径换热器发展的趋势，换热器小型化（特别是管束细化）后的管外流场多属于层流与紊流之间的过渡流状态，而过渡流下的传热传质机理尚不明确，不能有效地指导小管径换热器的设计。为了克服这个技术瓶颈，本项目将基于多排多列管束用复合网格计算系统，建立过渡流状态下，顺排、叉排、异管径的管束数值模型以及多排形式不同的翅片数值模型，计算分析管束、翅片的流动与传热强化机理，并通过可视化实验验证其正确性；然后，基于获得的管束、翅片的关键参数与流动、传热强化的关系，设计、制作小管径换热器模型，进行小管径换热器模型的性能测试，验证所研究的管外过渡流的传热强化机理。本项目是对小管径换热器传热强化机理的新探索，将为研发高性能换热器提供理论依据，可以推动换热设备向小型、环境友好型方向发展。

目前，由于空调家电行业对传统冷媒的替代要求，空调换热器已呈现出向小管径换热器发展的趋势，换热器小型化（特别是管束细化）后的管外流场多属于层流与紊流之间的过渡流状态，而过渡流下的传热传质机理尚不明确。为了克服这个技术瓶颈，本项目开发了复合网格系统，建立了过渡流状态下，顺排、叉排、异管径的管束数值模型以及多排形式不同的翅片数值模型。取得了以下成果：1.建立了多排多列的管束和翅片数值计算程序，搭建并验证了PIV开式水槽实验台。2.发现了过渡流下特殊稳定流动现象，这对对空调换热器的降噪设计将十分有意义。3.考察了顺排叉排管束间的周期流动特性，周期性的旋涡脱落一方面能有效地加速速度场及温度场的恢复，另一方面其引起的反旋流体能有效的对壁面引入冷流体及输出热流体。这两者是管束间最基本的传热强化机理。4.建立并验证了叉排翅片列模型，发现过渡流状态下有着良好的换热性能。5.建立了异管径管束模型，发现了较小直径圆柱前置的情况下，速度温度恢复较快且旋涡引起的不稳定性均能强化下游圆柱壁面。在此基础上，代表性论文共发表6篇（2篇SCI/4篇EI），申请发明专利6项（获授权1项），培养青年教师3名，研究生11名。