翅片结构对开缝翅片管空冷器性能的影响

基于双向开缝翅片4排管空冷器的原始模型，建立了涡发生器高度分别为0.2Pf、0.4Pf、0.6Pf和0.8Pf的4种半球突开缝翅片管空冷器的物理模型，运用三维数值模拟方法对不同涡发生器高度的空冷器的Nu数、Eu数和等压降下的综合性能指标进行了研究，并运用场协同原理对半球突开缝翅片管空冷器的换热性能进行了分析。结果表明：在相同雷诺数下，空冷器的努塞尔数和欧拉数均随着涡发生器高度的增加而增大。与未布置涡发生器的空冷器相比，布置高度为0.8Pf涡发生器的空冷器的努塞尔数提升了4.16%~4.33%，欧拉数提升了3.16%~4.54%，等压降下的综合性能指标提升了2.06%~2.56%。半球突涡发生器能够改善速度场与温度场的协同性从而减小协同角并达到强化传热的效果。研究成果可为开缝翅片管空冷器传热和阻力性能的进一步优化提供参考。

开缝翅片是一种强化型翅片结构，翅片上的条带和狭缝增强了翅片侧流体的扰动并且破坏了边界层的发展，可以达到强化翅片侧换热的目的，因此已经被广泛应用于空冷器中[1]。为了进一步提高开缝翅片管空冷器传热与阻力性能，国内外研究人员已经进行了大量研究[2] [3] [4] [5] [6]。

在翅片管空冷器上安装纵向涡发生器可以通过产生二次流的方式增强流体之间的混合并增强空冷器的传热性能。Wang 等人[7]通过试验比较了翅片间距为1.6 mm 和2 mm，管排数为1、2 和4，翅片形式分别为半球突涡发生器翅片、百叶窗翅片和平直翅片的空冷器在迎面风速为0.5~5 m/s 时的传热性能，发现翅片间距为2 mm 的单排管空冷器在迎面风速小于2 m/s 的工况下， 采用半球突涡发生器翅片时的空气侧对流换热系数最高；而对于双排管或4 排管空冷器，采用半球突涡发生器翅片时的空气侧对流换热系数低于百叶窗翅片管空冷器。何雅玲等人[8]通过数值模拟的方法对布置矩形翼纵向涡发生器的翅片管空冷器进行了研究，发现空冷器空气侧的对流换热系数和流动阻力均随着纵向涡发生器数目和攻角的提高而增加。

Gong 等人[9]对柱面矩形翼涡发生器翅片管空冷器进行了数值模拟， 发现将这种纵向涡发生器布置在圆管下游区域可以增强二次流强度并减小尾迹区。

苏石川[10]等人通过数值模拟方法对柱面三角形翼和平直三角形小翼进行了对比， 发现柱面三角形翼是一种高效低阻的结构形式。

周国兵等人[11]通过数值模拟研究了安装6 种不同纵向涡发生器的单排蛇形翅片扁管的传热和阻力性能，结果显示布置平直矩形翼纵向涡发生器的翅片扁管的传热性能最好而布置柱面梯形翼纵向涡发生器的翅片的综合性能最好。冯知正等人[12]通过实验研究了矩形通道内设置平直、柱面翼涡发生器对其综合传热性能的影响， 发现呈流线型的椭圆柱面翼涡发生器的综合传热性能优于平直翼。

纵向涡发生器在空冷器上的应用受到了国内外学者的关注，但是目前关于在开缝翅片管空冷器上安装涡发生器的研究较少。