用數(shù)值方法分析了渦產(chǎn)生器高度對(duì)帶分流器的曲面矩形渦產(chǎn)生器式翅片傳熱與流動(dòng)的影響，為使用這類(lèi)換熱器的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)．研究表明，在翅片間距為２．４ｍｍ渦產(chǎn)生器高度為１．４ｍｍ，１．７ｍｍ，２．０ｍｍ和２．３ｍｍ時(shí)，在同一雷諾數(shù)Ｒｅ下，渦發(fā)生器高度１．７ｍｍ時(shí)產(chǎn)生的二次流強(qiáng)度最大．隨著雷諾數(shù)Ｒｅ的增大，努塞爾數(shù)Ｎｕ也不斷增大，阻力系數(shù)ｆ減小．在同一雷諾數(shù)下，不同曲面矩形渦發(fā)生器高度時(shí)努塞爾數(shù)Ｎｕ相差不明顯，阻力系數(shù)隨著曲面矩形渦發(fā)生器高度的增大而增大．二次流強(qiáng)度Ｓｅ與努塞爾數(shù)Ｎｕ存在唯一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，二次流強(qiáng)度Ｓｅ越大，努塞爾數(shù)Ｎｕ也越大，傳熱效果更好．以強(qiáng)化因子為衡量標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選，曲面矩形渦發(fā)生器高度１．７ｍｍ獲得最佳的綜合性能．

管翅式換熱器用在各行各業(yè)中，比如內(nèi)燃機(jī)車(chē)、空調(diào)、航空航天、化工行業(yè)等．對(duì)換熱器的的換熱性能和工作環(huán)境要求越來(lái)越高，節(jié)能減排顯得更加重要，在諸多強(qiáng)化換熱器的強(qiáng)化傳熱手段當(dāng)中有一種是引入二次流，使得換熱器通道內(nèi)產(chǎn)生二次流，二次流通常比主流速度小一個(gè)數(shù)量級(jí)，但可以明顯強(qiáng)化對(duì)流傳熱，又不會(huì)過(guò)多地引起流動(dòng)機(jī)械能的耗散，二次流能夠以較小的阻力損失來(lái)增強(qiáng)換熱，從而可大大強(qiáng)化對(duì)流換熱．在換熱通道內(nèi)布置渦發(fā)生器是產(chǎn)生二次流的一個(gè)重要手段．胡萬(wàn)玲用數(shù)值方法研究了在圓管管翅式換熱器肋側(cè)通道加裝渦產(chǎn)生器后的二次流強(qiáng)度及其強(qiáng)化傳熱特性，結(jié)果表明絕對(duì)渦通量ＪｎＡＢＳ及其無(wú)量綱參數(shù)Ｓｅ可以很好的量化帶渦產(chǎn)生器的圓管管翅式換熱器肋側(cè)通道內(nèi)的二次流強(qiáng)度．

Ｋａｓｈｙａｐ等人研究了水平底板上矩形渦流發(fā)生器前后表面的形狀改變的傳熱特性．Ｎａｉｋ等人通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法研究了渦發(fā)生器位置對(duì)順排圓管管翅管熱器傳熱和阻力特性的影響，研究結(jié)果表明，位于管子上游的矩形渦發(fā)生器的馬蹄渦和縱向渦的強(qiáng)度較高，而位于管子附近的矩形渦發(fā)生器的管后回流區(qū)較大．Ｌｅｍｅｎａｎｄ等人利用渦度強(qiáng)度和Ｎｕｓｓｅｌｔ數(shù)研究單個(gè)渦度發(fā)生器下游的動(dòng)量和熱量傳遞．Ｎｕｓｓｅｌｔ數(shù)在渦發(fā)生器上方呈現(xiàn)一個(gè)峰值，并且在渦發(fā)生器后面下降很快，而渦強(qiáng)度則在遠(yuǎn)離渦發(fā)生器的下游持續(xù)存在，并且非常降低比較緩慢．Ｇｏｎｇ等和Ｌｉｎ等人數(shù)值研究了在圓管管翅式換熱器管子后面尾渦區(qū)沖壓矩形和三角翼渦發(fā)生器的流動(dòng)和傳熱特性．結(jié)果表明，曲面渦發(fā)生器不僅能有效地減小尾流區(qū)的尺寸，而且能產(chǎn)生二次流，以提高與尾流區(qū)接觸的翅片表面的傳熱能力．Ｗｕ等人用實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果驗(yàn)證了Ｌｉｎ等人的數(shù)值計(jì)算結(jié)果．最近的研究表明，在管子前滯止點(diǎn)附近的區(qū)域，如Ｓｕ等人所述，機(jī)械能消耗過(guò)多．原因是在管的前駐點(diǎn)附近流速過(guò)大．如果流體以較低的流速通過(guò)管的前滯止點(diǎn)，預(yù)計(jì)會(huì)有較小的機(jī)械能在局部消散，從而降低局部壓降損失．考慮到這一點(diǎn)，分流器被布置在管前滯流的上游，以減少管周?chē)臋C(jī)械能耗散．Ｌｉｕ等人和Ｄａｎｇ等人分別用實(shí)驗(yàn)研究了帶分流器的三角翼和四邊形渦發(fā)生器的傳熱與流動(dòng)特性，研究表明，分流器能降低管翅式換熱器機(jī)械能耗散，同時(shí)起到引流的作用，能更好的強(qiáng)化圓管換熱器的換熱能力．

近年來(lái)有很多學(xué)者對(duì)渦發(fā)生器的幾何參數(shù)對(duì)換熱器的性能影響研究，胡昊等人實(shí)驗(yàn)研究渦發(fā)生器間距對(duì)翼型氣動(dòng)性能影響，以ＤＵ９３?Ｗ?２１０風(fēng)力機(jī)專(zhuān)用翼型為研究對(duì)象，采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)方法研究４組渦發(fā)生器（ＶＧｓ）間距（Ｓ＝５Ｈ、７Ｈ、１３Ｈ、１９Ｈ，Ｈ為ＶＧｓ高度）對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響規(guī)律．風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在潔凈翼型失速攻角（８°）之前，渦發(fā)生器對(duì)翼型的升力系數(shù)影響較小．而對(duì)于阻力系數(shù)及升阻比，當(dāng)間距Ｓ＝５Ｈ、７Ｈ時(shí)會(huì)使翼型的阻力系數(shù)增加，其中Ｓ＝５Ｈ時(shí)阻力最多增加２７％，升阻比降低１９％．王成剛研究了縱向渦發(fā)生器攻角對(duì)翅片傳熱性能的影響，為了提高翅片式換熱器的強(qiáng)化傳熱性能，對(duì)不同攻角的縱向渦發(fā)生器的翅片區(qū)域進(jìn)行了研究，通過(guò)比較綜合評(píng)價(jià)因子，攻角為４５°的縱向渦翅片在雷諾數(shù)為２０００～６０００內(nèi)，綜合性能最好．陳凱倫等人利用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ和Ｆｌｕｅｎｔ軟件，對(duì)存在偏移距離的曲面渦發(fā)生器翅片、矩形小翼渦發(fā)生器翅片以及存在偏移距離曲面渦發(fā)生器和開(kāi)縫組合翅片三種翅片對(duì)換熱器換熱和流動(dòng)特性的影響進(jìn)行了數(shù)值研究．

綜合考慮曲面渦產(chǎn)生器及其它的參數(shù)變化對(duì)換熱器綜合性能的影響，論文數(shù)值研究了不同曲面矩形渦發(fā)生器高度對(duì)帶分流器的曲面矩形渦發(fā)生器的換熱器傳熱與流動(dòng)特性的影響．采用無(wú)量綱參數(shù)Ｓｅ量化了管內(nèi)的二次流強(qiáng)度，從而進(jìn)一步分析翅片通道內(nèi)的渦特性．在此基礎(chǔ)上分析曲面矩形渦發(fā)生器高度對(duì)翅片通道內(nèi)的渦特性的影響以及這種渦特性與整體翅片傳熱特性的關(guān)系．

物理模型

帶分流器的矩形曲面渦產(chǎn)生器翅片換熱器結(jié)構(gòu)如圖１所示，在管滯止點(diǎn)沖壓橢球形分流器，在沿來(lái)流方向的每一個(gè)圓管管后布置了曲面矩形渦產(chǎn)生器．當(dāng)流體流經(jīng)翅片時(shí)，管前的阻力較大，管前布置分流器可以實(shí)現(xiàn)分流流作用，減小機(jī)械能的耗散，同時(shí)，管后渦發(fā)生器誘導(dǎo)二次流的產(chǎn)生，并且抑制脫體的產(chǎn)生，從而使得圓管及翅片與流體間的換熱性能得到改善．

分流器與曲面矩形渦發(fā)生器的位置如圖２所示．因?yàn)闇u產(chǎn)生器是在翅片上沖壓出來(lái)的，所以渦產(chǎn)生器的厚度等于翅片的厚度．在圖中，橫向管間距Ｓ１＝２５．３ｍｍ，縱向管間距Ｓ２＝２２ｍｍ，圓管外徑Ｄｏ＝８．９ｍｍ，翅片間距Ｔｐ＝２．４ｍｍ，管后曲面渦產(chǎn)生器所在圓弧直徑為ＲＶＧ＝８．７５ｍｍ，渦發(fā)生器的弧長(zhǎng)ｌ＝８．９ｍｍ，描述曲面渦發(fā)生器周向位置的參數(shù)β＝９０°，橢球中心與圓管滯止點(diǎn)距離Ｓ３＝８．４ｍｍ，橢球形分流器長(zhǎng)半軸ａ＝３ｍｍ，短半軸ｂ＝２ｍｍ，橢球高ｃ＝１．５ｍｍ．渦發(fā)生器的垂直高度ＨＶＧ＝１．４ｍｍ、１．７ｍｍ、２．０ｍｍ、２．３ｍｍ，本文中選取管子的材料為純銅，在數(shù)值計(jì)算中可忽略管壁熱阻，把管壁作為一個(gè)無(wú)壁厚、等溫度梯度的物體．

結(jié)論

論文通過(guò)數(shù)值方法分析了矩形渦發(fā)生器高度對(duì)帶分流器的矩形渦發(fā)生器翅片換熱器的傳熱特性、阻力特性及其二次流特性的影響，用強(qiáng)化因子ＪＦ綜合評(píng)價(jià)了四種曲面矩形渦發(fā)生器高度對(duì)翅片綜合性能．論文結(jié)果可總結(jié)如下．

１）在相同的雷諾數(shù)Ｒｅ下，曲面矩形渦發(fā)生器高度ＨＶＧ＝１．７ｍｍ時(shí)產(chǎn)生的二次流強(qiáng)度最大．

２）在同一雷諾數(shù)下，不同曲面矩形渦發(fā)生器高度的努塞爾數(shù)Ｎｕ相差不明顯，阻力系數(shù)隨著曲面矩形渦發(fā)生器高度的增大而增大．

３）二次流強(qiáng)度Ｓｅ與努塞爾數(shù)Ｎｕ存在唯一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，說(shuō)明在同一雷諾數(shù)下，二次流強(qiáng)度Ｓｅ越大，努塞爾數(shù)Ｎｕ也越大，傳熱效果更好．

４）用強(qiáng)化因子ＪＦ衡量評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)四種曲面矩形渦發(fā)生器高度中，渦發(fā)生器高度ＨＶＧ＝１．７ｍｍ時(shí)獲得最佳的綜合性能．