百葉窗翅片被廣泛運用在空調、熱泵、汽車散熱器以及冰箱等換熱設備中,其主要結構特點是在翅片平面上沖制出呈一定角度排列的多排平片,當流體流過圓管管排和百葉窗翅片表面時,百葉窗結構能夠周期性地破壞流體邊界層,同時流體在翅片周圍和圓管后方會形成渦旋結構,這些渦旋結構使得不同溫度的流體之間互相摻混更為強烈,因此流體與翅片之間的換熱效果得到強化。值得注意的是,百葉窗結構在增強翅片換熱性能的同時也會使流體在肋側的流動損失增大。本文采用數值模擬的研究方法對百葉窗翅片圓管換熱器內的單層翅片結構進行了數值研究,在探究其換熱性能和肋側空氣流動特性變化的基礎上,進一步從二次流理論的角度分析了翅片上百葉窗結構的強化換熱機理。

　　本文所選取的計算區域為流體域包括固體域,其中固體域由三排圓管與單層百葉窗翅片組成。計算區域采用非結構網格劃分,并且進行了網格獨立性考核。為驗證數值計算中計算域選擇、網格劃分、邊界條件設置等的合理性,本文先對相關文獻中實驗研究的三維幾何模型進行了數值模擬,數值計算結果與參考的實驗研究結果的基本一致。本文集中對百葉窗攻角和縱向管間距兩個幾何參數進行了考察,共設計了九種不同的幾何模型,每種模型根據雷諾數的不同分為四種工況,分別進行了數值計算。通過對計算結果的處理,得到了包括翅片表面平均努塞爾數Nu、傳熱因子j、阻力因子f、面積良度因子j/f、二次流強度Se等參數,并通過分析以上參數之間的相互影響關系,研究了百葉窗攻角和縱向管間距對百葉窗翅片換熱性能的影響及其作用機理。

　　研究結果表明:在相同的雷諾數下,隨著百葉窗攻角增大,翅片與空氣的換熱性能增強,但同時造成的流動損失也相應增大。百葉窗攻角保持不變時,傳熱因子j、阻力因子f和面積良度因子j/f都隨著雷諾數的增大而減小,傳熱性能因子J隨著泵功率因子F的增大而增大。在相同雷諾數下,百葉窗攻角較大的翅片j和f也較大,攻角越大,j/f越小,綜合性能變差;在泵功率因子F相同的情況下,百葉窗攻角越大,J越大。相同攻角翅片上阻力因子隨著縱向渦強度的增大而減小。另一方面,增大縱向管間距不能明顯地改善百葉窗翅片肋側的換熱性能,但是會使得相同雷諾數下的流動損失略微下降。相同雷諾數下,隨著縱向管間距的增大,j/f增大,翅片的綜合性能提高。