【《圆管管翅式换热器换热过程仿真研究》10000字】

圆管管翅式换热器换热过程仿真研究目录TOC\o"1-3"\h\u2147圆管管翅式换热器换热过程仿真研究 128153一．绪论 1185（一）中国能源现状 125630（二）换热器的发展历史 329810（三）管翅式换热器的简介 311166（四）管翅式换热器强化换热的几种手段 4180631.改变管的形状 424502.改变管束排列方式 4177853.改变翅片的形状 54184.改变管在翅片中的相对位置 516758（五）管翅式换热器的研究动究 56462（六）本文的研究工作 612175二.软件简介和功能介绍 610575（一）建模软件geometry 712561.二维图形操作 7232392.三维建模操作 955283.Boolean布尔运算 1032084.其他操作技巧 1023427（二）网格划分软件mesh 1154741.Method操作 11278462.Sizing操作 11110783.ContactSizing:设置两物体接触处的单元网格划分 12262874.ContactMatch:使两物体接触处的网格节点尽可能地贴近 12166145.Refinement和FaceMeshing 1231071（三）Fluent 1230025三.物理模型的建立 1524961（一）模型的建立 16197501.翅片和热管的建立（以l/d=1为例) 16186242.空气流道的建立 1627655（二）.基本设定和边界条件 172783（三）材料的设定 1729565（四）网格无关性验证 183234（五）模拟方法的确定 188425（六）换热器换热效率的评价指标 1831461四.数据结果和分析 21一．绪论（一）中国能源现状能源是人类生存的基石也是发展的基础。自新中国成立以来，我国就积极开展能源勘探，并多次对我国能源质量进行评估。中国能源资源具有有以下基本特点：能源资源总量多但人均少、总类多但大多质量差、分布广、开采难。改革开放之后，我国与国外的交流越来越密切，技术的交流也越发频繁。我国学习吸取国外技术使得我国的技术发展迅速。高速发展的技术给能源产业发展提供了便利，也使得能源的利用率有所提高，能源供给方式和数量增多，能源消费结构更加合理，能源使用和保护环境的问题逐步解决。但同时中国能源总量多但人均少、总类多但大多质量差、分布广、开采难的特点开始制约中国能源的发展，特别是人均少的问题已经阻碍了中国能源的发展。自上世纪90年代以来，我国能源供需状态逐渐由自给自足转为供不应求大量进口。中国能源供需报告指出中国作为产煤大国在2008年之前，我国生产的煤炭还能向世界出口，而08年以后逐渐开始进口国外的优质能源。在2018年中国全社会使用能源消耗量高达46.2亿吨标准煤，而中国在2018年能源生产量仅有约37亿吨标准煤，也就是说中国在2018年向世界购买了约9.7亿吨标准煤。中国进口量占中国全社会使用能源消耗量的21%即对外依存度达到惊人的21%。为了保障我国能源使用的安全和能源技术的发展，我国多次提出开源节流的措施：与更多国家签订更多能源协议。我国的能源依存度偏高，若依赖某个国家的能源供给，一旦该国家出现能源问题时，我国也会被动出现能源问题。与更多国家签订更多能源协议，可以建立一个多元的能源进口渠道，降低中国能源进口的风险，保障中国能源使用的安全。中国的石油资源大多依赖于进口，为防止中国石油使用出现问题，中国已经和中东多个石油大国达成交易，除中东外，俄罗斯也是中国原油进口国之一。除此之外，中国打算从东欧、南美洲地区进口跟多原油。中国天然气进口占进口能源的16%，天然气进口渠道的拓展也极为重要。国外进入中国的天然气多为从哈萨克斯坦、俄罗斯等国的管道天然气和印度尼西亚、菲律宾等国的液化天然气。增加对能源研发的投入。根据国际能源总署，我国2000年能源R&D经费统计约为44.78亿元，其中政府资金占10.65%。与他国对比发现我国政府资金投入占总GDP的比例略低，以至于在新能源方面（如核能，太阳能，风能等）研发层度不高，能源利用率较低。调整能源消费结构。我国是以煤炭消费为主的能源大国，2019年我国能源消费中煤炭占比达到57.7%，而石油占比在18.9%左右，其他能源如天然气、水电、核电等能源总和占23.4%，能源消费结构严重失衡。建立能源流通系统。我国能源分布不均，所以国家开展了北煤南运，西气东输，南水北调等一系列工程。提高能源利用率。我国能源利用率从改革开放以来正在不断提高，但任然距离发达国家有一定的距离。（二）换热器的发展历史换热器作为热力系统的关键设备，高效的换热器可以提高能源利用率。国外对换热器的研究从上个世纪初就已经开始，在1920年左右就已经出现了一台板式换热器，相比于中国，中国换热器产业虽然起步较晚，但是发展的十分迅速，我国在对换热器进行具体研究后，在65年时研制出来属于中国的第一代板式换热器，并在几年后研制出中国第一台螺旋板式换热器。中国最早的换热器并非是65年的板式换热器，而是由抚顺机械设备制造有限公司，在63年时按照美国TEMA标准制造的管壳式换热器[1]。国外换热器的发展在上世纪60年代前进入了瓶颈期，60年代后由于冲压和锻造技术的发展、钎焊技术的发现、空间技术和尖端科学的突破使得国外换热器往更加紧凑的方向推动。同时间，我国多次引进和学习外国换热器技术，使我国换热器研发进度向世界不断靠拢。80年代的强化传热元件的突破，我国换热器又迎来大幅发展，一系列的高效换热器纷纷问世，之前典型换热器如板式换热器也得到了进一步的发展。到21世纪，强化传热的技术和手段的发展，我国换热器产业市场规模得到不小的提升，2008年时，中国换热器产业市场交易量达到360亿元。最近几年，我国更是和国外合作，共同制作出了10000m2换热面积的管壳式换热器，我国也自主研发了换热面积约为10500m2板壳式换热器。（三）管翅式换热器的简介管翅式换热器是应用非常广泛的换热器，其在动力方向，石油化工方向，空调制冷方向都有应用。在实际应用中，管翅式换热器基本存在在表面式空气冷却器、加热器、冷风蒸发器等。管翅式换热器由翅片管构成，翅片管顾名思义，有翅片有换热管,翅片通过焊接等制造工艺加装到换热管上，换热管一般情况下使用圆管，但换热管也可使用扁平管和椭圆管。换热管上加装翅片，冷热流体可以在管壁和翅片上进行换热，翅片大大增加了换热面积，使得换热效果远好于单纯热管。到目前为止，在热管上加装翅片这一构造是世界公认的，也是最为有效的增加管式换热器换热效率的结构。现在，管翅式换热器技术的发展，其翅片的形状从单一的平直翅片变得更加多种多样，加装形式也从翅片加装在单根热管上变成翅片加装在多根热管上。管翅式换热器作为紧凑型的换热器，其材料的选用也十分讲究。管翅式换热器的材料要求其导热性好，拉伸延展性也要好。符合要求且价格较便宜的金属包括轻金属铝及其合金，铜和黄铜，不锈钢等。在对这几种金属进行比较发现铝及其合金最为符合管翅式换热器的材料要求。首先铝作为轻金属，密度低但强度可以通过热处理使其达到钢的金属强度，做出来的管翅式换热器总体就会轻，便于运输。其次铝非常容易在空气中形成一层致密的氧化膜，该氧化膜性质稳定耐腐蚀，可以保护铝翅片不受腐蚀，同时氧化膜的超高强度，保证管翅式换热器不易发生结构形变。（四）管翅式换热器强化换热的几种手段改变管的形状将管子的外形从圆形改为椭圆形，就物理知识而言将椭圆形状的短轴作为迎风面时受到的阻力要比相应圆形的小，所以当使用椭圆管束时流动阻力会更小。根据刘妮[2]的报告指出：椭圆管的管翅式换热器其空气进口流速存在最佳进口流速，表现在空气进口速度小时，管排数的影响小，空气进口速度大时，管排数的增大会造成压降的增大，平均换热系数减小。椭圆管的管翅式换热器存在最佳椭圆率的椭圆管热管，报告指出管翅式换热器若使用椭圆率为2：3的椭圆管作为热管，与同一周长的圆管管翅式换热器性能相比换热系数可以提高约10%，阻力降低30%。改变管束排列方式众所周知换热器的管束排列可以分为叉排和顺排，叉排和顺排的不同排列会使得流体流过时所受到的阻力大小不同，一般来说，叉排的阻力要比顺排的要大，换热性能要较顺排的好。改变翅片的形状近些年来，许多换热性能优异的换热器翅片表面结构不断地被发现,翅片作为强化传热的传热元件，不同形式的翅片，可以使流道形成不同的扰动，从而进一步强化换热。在平直翅片上进行一些如开孔、开槽、折叠等操作可以制作出一系列高效率的特殊翅片。例如使用波纹形翅片可以增加空气流道的流通长度，增加空气换热的换热面积。改变管在翅片中的相对位置改变管在翅片中的相对位置，是最为直接且有效的手段，本文将会对管位置对管翅式换热器换热性能的影响进行简单的研究和分析。（五）管翅式换热器的研究动究刘建[3]等人对管翅式换热器翅片的各种形式对压降的影响进行了研究和总结，报告指出：在使用平直翅片时，平直翅片的间距对换热系数有显著的影响,并且且在一定的约束条件下，翅片间距对强化传热的影响存在最佳值，而管排数在管排间距较大时对空气压降几乎没有影响。何国庚[4]对管排数分别为16排、26排和32排的翅片管空气冷却器风侧阻力特性进行了试验研究，他指出多排数（管排数大于10）情况下，随着管排数的不断增加，风速的影响会不断减小后趋于稳定。刘建研究指出波纹形翅片可以加大空气流道，增加换热面积提高换热效率，在翅片间距为1.65mm，管径为8.53mm的情况下，换热传质系数较平直翅片提升大约45%。Wangetal[5]之后对波纹形翅片换热器的18种不同的管排列方式进行研究，其结果表明，在一一对应的情况下，波纹形翅片的换热系数要比普通的平直形翅片高出50%至70%。Wangetal[6]也对条缝形换热器进行了换热性能的研究，他发现单管排数的条缝形换热器换热性能会随着翅片间距的减小而增大，而多管排数的条缝形换热器在逐渐缩小条缝形翅片间距时，换热性能会降低。Wangetal[7]在研究条缝形换热器之前也对百叶窗形换热器有过研究，他对17个不同结构的百叶窗形换热器在不同雷诺数下进行了研究，研究指出百叶窗形换热器的换热因子，与管排数的变化成反方向，即管排数增大换热因子反而减小。但当雷诺数逐渐增大时，管排数的影响将会逐渐缩小，当雷诺数超过2000时，管排数的影响将变得十分微弱。Wangetal[8]在研究了雷诺数对百叶窗形换热器结构的影响后，转而研究干工况和湿工况可能对百叶窗形换热器换热性能的影响。Wangetal在研究湿工况时发现若没有在管盘表面形成凝结液膜，则湿工况条件下的传热与干工况下十分相似。但一般情况下，使用会湿工况的百叶窗形换热器其翅片表面温度大多低于空气的露点温度，湿工况的水汽将会在翅片表面生成液膜，严重影响传热性能。刘建在研究管径对管翅式换热器的影响后指出使用平直翅片时管径小的换热性能要优与管径大的换热性能，但管径大管后的“无效面积”也越大的，压降要多于管径小的压降。对于其他翅片类型，采用小管径也可以提高管翅式换热器的换热性能。刘建之后指出管排间距对换热特性和压降特性的影响，在使用平直翅片时，管排间距影响小，压降差别不大，在使用百叶窗翅片时管排间距大的压降要比管排间距小的大。但在使用湿工况下时，管排间距大的有利于凝结水的排出，减小了压降。（六）本文的研究工作计算机技术的发展使得人们可以直接在电脑上进行大规模的数值计算，计算机模拟技术的发展使人们脱离场地设备的制约，在计算机上得到实际系统的特性。如将计算机技术用于仿真换热器的换热过程，在计算器中可以直接将换热器的换热过程模拟出来，若用人工实验换热器的换热过程，则需要对换热器中各项条件进行约束。实验次数较少时，人工和计算机没什么区别，但当实验次数众多步骤复杂时，计算机模拟可以更加快速和精确的模拟出结果。本文正是运用fluent软件模拟圆管管翅式换热器换热过程，并通过改变其管的相对位置研究管翅式换热器管位置对其换热性能的影响。二.软件简介和功能介绍本次模拟所以使用的软件是ANSYS公司旗下的产品。ANSYS公司成立于1970年，发展至今已有50多年，现在可以称其为世界第一仿真公司。世界科技技术的发展，越来越多的方向需要进行软件仿真，单一的部件软件仿真已经达不到世界的要求。ANSYS公司创立至今不断发展软件仿真技术，不断拓展其软件可以模拟的方向，更是致力于将软件模拟的操作简化，推动软件模拟平民化。同时ANSYS公司通过不断收购并入优秀的软件丰富其公司软件内容，在2003年时，当时极为先进的为了解决工业实际问题的仿真软件CFX加入ANSYS，丰富了ANSYS在航天技术、机械旋转、机器制造等领域的内容。2006年ANSYS收购了当时著名的流体仿真软件FLUENT，补充了其在流体湍流、导热、化学变化等方面的内容。2008年，ANSYS公司对Ansoft公司进行了合并收购，Ansoft公司旗下产品EDA能够对复杂的电子设计进行模拟。为解决集成电路的问题，ANSYS公司在2008年对ApacheDS公司进行收购。近些年来ANSYS公司的收购已经使ANSYS的软件达到十分完美的地步。建模软件geometry下面介绍geometry软件部分常见的功能二维图形操作点击左边菜单栏的Sketching操作可以看见draw，modify，Dimensions，Constraints等操作（1）Draw页面（图1）图SEQ图\*ARABIC1图SEQ图\*ARABIC2指令从上到下分别为：用两点确定一条线段（line）；圆上任意一点的切线（tangentline）：圆上一点与其他点的连线（lineby2tangents）；多线段或多边形（polyline）；正多边形（polygon）；用两点确定一个矩形（rectangle）；用三点确定矩形（rectangleby3points）；用两焦点确定一个椭圆（oval）；圆（circle）；用三条不平行的线确定一个圆（circleby3tangents）；线的相切半圆弧（arcbytangent）；三个点确定圆弧（arcby3points）；中心弧（arcbycentre）；椭圆（ellipse）；曲线（spline）；点（constructionpoint）；相交点（constructionpointatintersection）Modify（图2）指令从上到下分别为：圆倒角（fillet）；平直倒角（chamfer）；删除选中角或相交线(corner)；删除多余线(trim)；补充线（extend）；选中处分裂图像（split）；选中边拖动（drag）；剪切（cut）；复制（copy）；粘贴（paste）；move以下指令暂不用就不在赘述。Dimensions（图3）图SEQ图\*ARABIC3指令从上到下分别为：一般尺寸标注（general）；横向尺寸标注（horizontal）；纵向尺寸标注（vertical）；两点距离（length/distance）；半径（radius）；直径（diameter）。Constraints（图4）图SEQ图\*ARABIC4指令从上到下分别为：固定（fixed）；水平（horizontal）；竖直（vertical）；垂直（perpendicular）；相切（tangent）；重合（coincident）；中点（midpoint）；对称（symmetry）；平行（parallel）；同心圆（concentric）；同半径（equalradius）；同长度（equallength）；同距离（equaldistangce）；自动约束（autoconstraints）。三维建模操作（1）Extrude:拉伸操作将选中图形按照一定的方向和大小拉伸成3维图形或者面，选中detailsview则可以修改具体参数：选择要拉伸的曲线（Geometry）；使用AddFrozen可以将所拉伸的模型生成为一个新体或使用Material将生成的模型与之前的模型进行合并成一个新体（Operation）；模型生成方向可以选择xyz轴为方向也可使用已经生成的体的面朝向为方向（Direction）；设置拉伸长度（FD1，Depth）。图SEQ图\*ARABIC5.拉伸操作（2）Revolve:旋转操作图SEQ图\*ARABIC6.旋转操作旋转操作中需要关注的有geometry、axis（旋转轴）、angle（旋转大小）。（3）chamfer:倒角操作图SEQ图\*ARABIC7.倒角操作倒角操作需注意选择正确操作对象和正确的倒角大小。（4）Point:生成点操作图SEQ图\*ARABIC8.生成点操作选择合适的操作对象和点距离可在操作对象上自动生成点。3.Boolean布尔运算（1）相加运算Unite：将几个选中的相交部件变成一个整体（2）相减操作Substract：去掉目标物体中与另一个物体的相交部分（3）相交操作Intersect：保留两个相交物体的公共部分（4）相交面操作ImprintFaces：生成两个物体相交的面（5）清理操作：用于去除模型多余的点、线、空等操作。4.其他操作技巧（1）隐藏操作：选中某一物体后，鼠标右键可以唤出“Hidebody”，使用后可以将选中物体隐藏，再次右键使用“Showbody”可以让隐藏物体现形。鼠标右键使用“suppressbody”，可以将选中物体直接废除，让后续操作不会对该物体操作，该物体也不会影响后续操作。（2）建立新坐标系如图所示为建立新坐标系操作区域，前面“XYPlane”表示源平面，表示由这个面为基础来建立新坐标系。点击后面彩色小坐标系，可以确定待建立坐标系的详细信息以及过程。这里选项很多，可以根据需求选择建立方向，也可选择坐标系形成过程（如平移或旋转源平面、改变z轴等）。确定好后生成。（3）生成新二维图形生成新二维图形后操作不会对之前的模型有影响。网格划分软件mesh将模型导入mesh后，进行网格划分。网格划分的好坏会影响之后的模拟是否可以进行。下面介绍ANSYS中的自带网格划分软件mesh的一些基础功能。1.Method操作（1）Geometry:模型的实体，可以定义模型中各个部分的材料(固体或者液体）。（2）Method：选择划分网格的类型：自动处理（Automatic）；四面体（Tetrahedrons）；六面体（HexDominant）；扫掠（Sweep）；复合四面体网格划分（MultiZone）。2.Sizing操作选中模型中的部分使用sizing操作可用于设置网格划分的尺寸大小（1）Type:设置网格单元尺寸的方法通过ElementSizing设置全体的网格单元尺寸来设置网格单元尺寸，在Behavior选择soft设置使得在划分网格时可以灵活变动，选择Hard则会严格按照设置来划分网格。通过SphereofInfluence可以将更改球内部的网格单元划分尺寸操作步骤：先选择球的中心坐标系在SphereCenter创建局部坐标系，再在SphereRadius中选择作用半径，最后在ElementSize中设置作用域区域内的网格单元尺寸。3.ContactSizing:设置两物体接触处的单元网格划分选择地是接触，需要自己设置接触才可用，可设置接触处的单元网格划分4.ContactMatch:使两物体接触处的网格节点尽可能地贴近（1）设置主接触处和从接触处：MasterGeometry和SlaveGeometry（2）设置主体和从体：MasterBodies和SlaveBodies可以通过TolerabceSlider或TolerabceValue设置容差，控制接触网格贴近程度5.Refinement和FaceMeshing作用为网格细化。FluentFluent作为国内外知名的模拟软件，其功能也是十分强悍，可以模拟计算流体流动和热传导模型，辐射模型，相变模型，离散相变模型，多相流模型及化学组分输运和反应流模型等。在Fluent启动主程序界面可以选择是否启用双精度求解器（doubleprecision）。图SEQ图\*ARABIC9.fluent启动主界面ANSYSFLUENT的单精度和双精度版本可在所有计算机平台上使用。对于大多数情况，单精度求解器将足够精确，但某些类型的问题可能受益于使用双精度版本。下面列举了几个例子:如果您的几何图形具有非常不同的长度尺度(例如，非常长、很细的管道)的特征，那么单精度计算可能不足以表示节点坐标。如果你的几何结构涉及到多个外壳通过小直径管道连接(例如，汽车管)，那么除了一个区域外，其他区域的平均压力水平都可能相当大(因为你只能设置一个全局参考压力位置)。因此，需要进行双精度计算来解决驱动流体的压差，因为这些压差通常要比压力级小得多。对于涉及高导热比和/或高纵横比网格的共轭问题，由于边界信息传递效率低下，单精度求解器可能会影响收敛和/或精度。在多相问题中，粒子数量平衡模型用于求解粒度分布，其统计矩的值可能跨越多个数量级。进入fluent主界面后可以在file中选择readmesh导入网格。之后check检查网格其值大于0就可继续操作。图SEQ图\*ARABIC10.fluent检查界面在求解器solver中可以选择由分离式求解器发展来的用于不可压缩流体低速流动求解的Pressure-Basedsolver，也可选择由耦合求解器发展而来用于求解高速可压缩流体的Density-Basedsolve。这两个求解器方向不同，具体问题要具体选择。在导入模型网格，检查通过后，需要对模型进行基本物理模型的选择。图SEQ图\*ARABIC11.fluent中的几个模型除图11所示以外fluent中还有两个更加基础的物理模型：非粘性物理模型（inviscid），和层流物理模型（laminar）。具体问题要具体选择。在物理模型确定后，需要对模型各个部分材料进行定义。图SEQ图\*ARABIC12.材料设定材料定义完成后则需要根据模拟条件设置边界条件图SEQ图\*ARABIC13.边界条件的类型设定完成后进行初始化就可进行模拟。三.物理模型的建立本文选用模型为平直翅片的4排叉排管束的圆管管翅式换热器，其计算模型选为某一圆管和2翅片组成的翅片管。物理模型的一些参数（单位：mm）编号翅片长L翅片宽W翅片厚度翅间距Tp管径d相对管位置l/d130200.45100.75230200.45101330200.45101.25430200.45101.5530200.45101.75630200.45102表SEQ表\*ARABIC1l为圆中心位置距离翅片宽边的距离。翅片厚度为0.4mm，为减少计算量，利用翅片的良好对称性和周期性，使用翅片厚度中剖面建立模型（建立模型时翅片设为0.2mm）模拟计算。模型的建立翅片和热管的建立（以l/d=1为例)建立翅片时需要确定翅片的参数，确定参数后可在geometry中建立一个长30mm，宽20mm的长方形并对其进行拉伸，拉伸长度为0.2mm。在建好的翅片上建立新坐标系，并画出直径为10mm的圆。对圆进行约束，使圆中心距离长边10mm距离宽边10mm。对圆进行拉伸生成热管，拉伸长度为5mm，操作方式为addfrozen。选中翅片，使用create下的pattern的操作，将翅片复制到热管的另一端。将模型slice，使得在翅片上划出热管位置。将翅片上的热管和原来的热管进行布尔求和得到整个热管。选中热管使用suppressbody。在翅片上选中建立的圆，将其拉伸，使其成为空心的热管。空气流道的建立使用tool下的fill功能自动生成流道。或者选中流道的翅片一面将其拉伸操作方式为addfrozen，在后续操作时将这部分材料定义为流体。图SEQ图\*ARABIC14.l/d=1模型的xoy平面图（二）.基本设定和边界条件为便于模拟计算，将空气视为不可压缩流体（将空气密度设定为常数1.185千克/立方米），空气的其他物性也不随着温度变化而变化。翅片和圆管没有接触热阻，且翅片和圆管的物性为常数。空气入口设定为速度入口边界条件velocityinlet，空气流动速度为从3m/s逐渐增加到5m/s，入口温度为298.15k。空气出口的速度和流动细节不确定，将空气出口设定为自由流出口边界条件outflow。因为模型为单翅片管，空气侧的左右侧边可以设定为对称条件symmetry，翅片的上下两壁面设为绝热边界条件HeatFlux=0，翅片的四周也可设置成绝热边界。为简单模拟换热，将圆管管壁设定为恒壁温373.15k。（三）材料的设定名称材料密度ρ/(kg·m－3)比热容Cp/J·(kg·K)－1)导热系数λ/W·(m·K)－1)动力粘度μ/(Pa·s)流道空气1.22510050.02631.185×10－5翅片铝2719871202.4-圆管铝表SEQ表\*ARABIC2（四）网格无关性验证对翅片长30mm，宽20mm，厚度2mm，翅片间距5mm进行不同的网格划分，得到网格数量为29328，56272，121720，的3种网格模型。在设定不变的情况下进行模拟，得到下表网格数量nuk2932816.7440.515627218.1643.9312172019.3646.82表SEQ表\*ARABIC3由表可得网格数量为29328，56272，121720时Nu数相对误差为8%和6%差别不大。以下使用121720的网格划分方法。（五）模拟方法的确定首先在翅片结构不变的情况下，将入口风速逐渐由3m/s增加到5m/s。之后改变翅片结构，再次将风速由3m/s增加到5m/s。（六）换热器换热效率的评价指标Nu作为对流换热强度的无量纲数，Nu数越大则表示该处换热强度越大。Nu公式为（1）式中De表示为水力直径。最小界面处的De公式为（2）Pr作为运动粘度与导热系数的比值,表明流体中能量和流体的速度直接按的联系。Pr公式为（3）换热系数作为表示流体和固体表面间换热能力的参数，其值的大小可以反应流体的换热能力大小。换热系数的公式为（4）压降作为表示流道内阻力大小的数值，其值越大阻力越大。压降的公式为（5）阻力系数作为表示物体在流体中的阻力，其值越大则阻力越大。阻力系数的公式为（6）根据McQuistion提出的用于计算4排叉排管束平均表面传热因子的关系式为（7）管排数小于4排时（8）j44排叉排管束平均的表面传热因子，Red以管外径为特征尺度的雷诺数，α0空气与翅片管外表面对流换热的表面传热系数，W/(m2d0管外径，mρa空气密度，Kg/m3μaμmaxA0总外表面积，mAb0管束外表面积，mN管排数空气流过平直套片的阻力计算一般采用叠加模型，即总阻力（单位为Pa）由两部分组成，即。管子表面引起的压降平直套片引起的压降Af翅片表面积，mAc翅片管束的最窄流通截面面积，mAc,b光管管束的最窄流通截面面积，mAb光管表面积，mgm.c基于Ac面积的质量流速，kg/（mρa空气密度kg/mfffbQ：总换热热量（w）A：总换热面积（m2）：平均温差（K）：热传导系数(W/(m*K)）cp：定压比热(J/(kg*K))μ：动力黏滞系数(Pa*s)Pin：空气进口压力（Pa）Pout：空气出口压力（Pa）Umax：最小截面处的速度（m/s）四.数据结果和分析速度l/d进口平均温度出口平均温度出口表压出口平均速度最小截面处风速温差压差总换热系数速度30.75300322.213-7.4003.0495.46322.2137.40043.09131300322.775-12.7543.1375.46022.77512.75443.3361.25300324.298-14.5603.1685.45724.29814.56043.3311.5300324.645-15.4503.2555.34824.64515.45044.2341.75300324.839-15.5173.3365.45824.83915.51745.0492300324.981-15.6123.4155.46124.98115.61245.78540.75300318.566-8.8984.0717.28018.5668.89849.60541300316.259-18.0834.1767.27816.25918.08349.9581.25300320.681-22.7734.2327.27320.68122.77349.3781.5300320.987-24.5104.3677.13020.98724.51050.3661.75300321.185-24.4734.4817.27621.18524.47351.2572300321.188-24.4244.6027.27821.18824.42451.99950.75300313.676-4.8245.1169.09813.6764.82454.1685130031