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管翅式换热器在工业生产中得到了广泛应用,其潜在效能的提升在近年来备受关注。螺旋锯齿环形翅片管作为管翅式换热器的重要组成部分被广泛应用于大型的工业锅炉及省煤器等工业设备中。螺旋锯齿环型翅片是由螺旋环形翅片发展而来,与连续型翅片相比,螺旋锯齿环型翅片管构成通道内的扰动剧烈,湍流状况较好,表现出了更高的效率和更好的传热能力。但是目前对螺旋锯齿环形翅片管涡动力学特性的数值研究较为少见,其涡动力学特性对于传热特性的影响更是鲜有人关注。为了探究螺旋锯齿环形翅片单管和管束构成通道内的涡动力学特性和传热特性,以及涡动力学特性与传热特性的关系,对螺旋锯齿环形翅片单管和管束构成的通道进行了研究。本文采用数值模拟的方法对三维螺旋锯齿环形翅片管进行了非稳态计算,选择了四种湍流模型和两种壁面函数对圆管圆形翅片管进行了模拟计算,并将计算结果与其他学者的结果进行了比较,结果显示SST k-ω湍流模型的表现最好,可以在非稳态计算时准确捕捉到翅片管后的卡门涡,同时对传热和压降特性的预测也符合预期;在完成数值方法验证后,首先对螺旋锯齿环型翅片单管在不同结构参数下(翅片间距、翅片高度)的涡动力学特性和传热特性分别进行了模拟,研究了螺旋锯齿环形翅片单管在不同结构参数下的涡动力学特性和传热特性,并分析了其涡动力学特性与传热特性的关系。其次对螺旋锯齿环型翅片管束在不同纵向管间距下的涡动力学特性和传热特性分别进行了模拟,研究了螺旋锯齿环形翅片管束在不同纵向管间距下的涡动力学特性和传热特性,并分析了翅片管束的涡动力学特性与传热特性的关系。(1)Re一定时,螺旋锯齿环翅单管的f和St都表现为随翅片间距的增加而增加;随翅片高度的增加而减小。螺旋锯齿环型翅片管束的f随纵向管间距的增加而呈现出先增大后减小的趋势;当Re<10000时,其St随着Re的增加而减小,随后随着Re的增加逐渐趋于平缓。(2)在本文所研究的参数距范围内(Sf/D0=0.11、0.16、0.21;hf/D0=0.34、0.40、0.46;ST/SL=1.09、1.00、0.92),Re一定时,螺旋锯齿环翅单管的(?)m随着翅片间距和翅片高度的增加而增加;(?)m和Cdm均随着翅片间距的增加而减小,随翅片高度的增加而增加。且翅片高度增加对螺旋锯齿环翅换热能力的增强并不明显,在实际应用中需要考虑,翅片高度增加带来的损耗。螺旋锯齿环型翅片管束的(?)m和(?)m随着纵向管间距的增加而减小。(3)对本文所考虑的螺旋锯齿环形翅片单管和螺旋锯齿环型翅片管束,翅片管的两侧均可以观察到卡门涡脱落;其升力系数和阻力系数都以三角函数的方式呈周期性波动,且阻力系数的频率约是升力系数的两倍;螺旋锯齿环形翅片管束在每个涡脱落周期外,还存在一个大周期,在这个大周期内升力系数和阻力系数的振幅,以先增大后减小的方式变化。(4)卡门涡对翅片的换热能力有着重要影响,翅片管上的温度及(?)local的分布与卡门涡有关。翅片间距增加时,卡门涡的产生对翅片管的对流换热是有益的,而翅片高度增加时,过高频率的卡门涡反而不利于翅片管的换热;当ST/SL<10000时,翅片卡门涡的产生对翅片管束换热能力的影响较小;当ST/SL>10000时,卡门涡对翅片管换热能力的影响随之增大。因此,对纵向管间距的选择应对翅片管束的涡动力学特征和传热特性进行综合考量。