用數值方法分析了渦產(chǎn)生器高度對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)換熱器的設計提供了理論依據．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Ｒｅ下，渦發(fā)生器高度１．７ｍｍ時(shí)產(chǎn)生的二次流強度最大．隨著(zhù)雷諾數Ｒｅ的增大，努塞爾數Ｎｕ也不斷增大，阻力系數ｆ減小．在同一雷諾數下，不同曲面矩形渦發(fā)生器高度時(shí)努塞爾數Ｎｕ相差不明顯，阻力系數隨著(zhù)曲面矩形渦發(fā)生器高度的增大而增大．二次流強度Ｓｅ與努塞爾數Ｎｕ存在唯一對應的關(guān)系，二次流強度Ｓｅ越大，努塞爾數Ｎｕ也越大，傳熱效果更好．以強化因子為衡量標準優(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，比如內燃機車(chē)、空調、航空航天、化工行業(yè)等．對換熱器的的換熱性能和工作環(huán)境要求越來(lái)越高，節能減排顯得更加重要，在諸多強化換熱器的強化傳熱手段當中有一種是引入二次流，使得換熱器通道內產(chǎn)生二次流，二次流通常比主流速度小一個(gè)數量級，但可以明顯強化對流傳熱，又不會(huì )過(guò)多地引起流動(dòng)機械能的耗散，二次流能夠以較小的阻力損失來(lái)增強換熱，從而可大大強化對流換熱．在換熱通道內布置渦發(fā)生器是產(chǎn)生二次流的一個(gè)重要手段．胡萬(wàn)玲用數值方法研究了在圓管管翅式換熱器肋側通道加裝渦產(chǎn)生器后的二次流強度及其強化傳熱特性，結果表明絕對渦通量ＪｎＡＢＳ及其無(wú)量綱參數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通道內的二次流強度．

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)數值計算的方法研究了渦發(fā)生器位置對順排圓管管翅管熱器傳熱和阻力特性的影響，研究結果表明，位于管子上游的矩形渦發(fā)生器的馬蹄渦和縱向渦的強度較高，而位于管子附近的矩形渦發(fā)生器的管后回流區較大．Ｌｅｍｅｎａｎｄ等人利用渦度強度和Ｎｕｓｓｅｌｔ數研究單個(gè)渦度發(fā)生器下游的動(dòng)量和熱量傳遞．Ｎｕｓｓｅｌｔ數在渦發(fā)生器上方呈現一個(gè)峰值，并且在渦發(fā)生器后面下降很快，而渦強度則在遠離渦發(fā)生器的下游持續存在，并且非常降低比較緩慢．Ｇｏｎｇ等和Ｌｉｎ等人數值研究了在圓管管翅式換熱器管子后面尾渦區沖壓矩形和三角翼渦發(fā)生器的流動(dòng)和傳熱特性．結果表明，曲面渦發(fā)生器不僅能有效地減小尾流區的尺寸，而且能產(chǎn)生二次流，以提高與尾流區接觸的翅片表面的傳熱能力．Ｗｕ等人用實(shí)驗研究結果驗證了Ｌｉｎ等人的數值計算結果．最近的研究表明，在管子前滯止點(diǎn)附近的區域，如Ｓｕ等人所述，機械能消耗過(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)，預計會(huì )有較小的機械能在局部消散，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械能耗散．Ｌｉｕ等人和Ｄａｎｇ等人分別用實(shí)驗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械能耗散，同時(shí)起到引流的作用，能更好的強化圓管換熱器的換熱能力．

近年來(lái)有很多學(xué)者對渦發(fā)生器的幾何參數對換熱器的性能影響研究，胡昊等人實(shí)驗研究渦發(fā)生器間距對翼型氣動(dòng)性能影響，以ＤＵ９３?Ｗ?２１０風(fēng)力機專(zhuān)用翼型為研究對象，采用風(fēng)洞實(shí)驗方法研究４組渦發(fā)生器（ＶＧｓ）間距（Ｓ＝５Ｈ、７Ｈ、１３Ｈ、１９Ｈ，Ｈ為ＶＧｓ高度）對翼型氣動(dòng)性能的影響規律．風(fēng)洞實(shí)驗結果發(fā)現：在潔凈翼型失速攻角（８°）之前，渦發(fā)生器對翼型的升力系數影響較小．而對于阻力系數及升阻比，當間距Ｓ＝５Ｈ、７Ｈ時(shí)會(huì )使翼型的阻力系數增加，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)生器攻角對翅片傳熱性能的影響，為了提高翅片式換熱器的強化傳熱性能，對不同攻角的縱向渦發(fā)生器的翅片區域進(jìn)行了研究，通過(guò)比較綜合評價(jià)因子，攻角為４５°的縱向渦翅片在雷諾數為２０００～６０００內，綜合性能最好．陳凱倫等人利用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ和Ｆｌｕｅｎｔ軟件，對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換熱器換熱和流動(dòng)特性的影響進(jìn)行了數值研究．

綜合考慮曲面渦產(chǎn)生器及其它的參數變化對換熱器綜合性能的影響，論文數值研究了不同曲面矩形渦發(fā)生器高度對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Ｓｅ量化了管內的二次流強度，從而進(jìn)一步分析翅片通道內的渦特性．在此基礎上分析曲面矩形渦發(fā)生器高度對翅片通道內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)生器翅片換熱器結構如圖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)現分流流作用，減小機械能的耗散，同時(shí)，管后渦發(fā)生器誘導二次流的產(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．因為渦產(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(cháng)ｌ＝８．９ｍｍ，描述曲面渦發(fā)生器周向位置的參數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(cháng)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，在數值計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．

結論

論文通過(guò)數值方法分析了矩形渦發(fā)生器高度對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，用強化因子ＪＦ綜合評價(jià)了四種曲面矩形渦發(fā)生器高度對翅片綜合性能．論文結果可總結如下．

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

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

３）二次流強度Ｓｅ與努塞爾數Ｎｕ存在唯一對應的關(guān)系，說(shuō)明在同一雷諾數下，二次流強度Ｓｅ越大，努塞爾數Ｎｕ也越大，傳熱效果更好．

４）用強化因子ＪＦ衡量評價(jià)發(fā)現四種曲面矩形渦發(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．