小型热管换热器最优排数的数值模拟研究

李珂欣 郑庆红

西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院

本文对应用于高铁车厢内用于空调系统热回收的小型热管换热器进行数值模拟。因为车厢顶部空间的限制，所以分别模拟了2 排管，4 排管，6 排管，8 排管，10 排管和12 排管换热器的换热性能，以便找到一个合适换热器排数，使换热器综合性能达能到最优。

1 边界条件的验证

1.1 边界条件的假设

1）空气的换热过程中不发生相变和化学变化。

2）空气流动视为定常流。

3）换热器壁面视为绝热壁面。

4）流体对流换热处于充分发展段。

5）忽略换热过程中热辐射的影响。

6）根据文献[1-3]中对热管当量热导率的研讨，把热管的轴向导热系数取为10000 W/(m·K)。

1.2 模拟工况的选择

本文在进行数值模拟之前，先对模型的边界条件进行验证，以保证模拟数据的准确性。根据文献[4]中的实验装置参数，利用DesignModeler 建立一个与之相同的模型，再进行四组工况（表1）的模拟，对比实验数据和数值模拟数据见表2，其中，

式中：mw为新风体积流量；mmin为排新风体积流量较小值；Tw为室外环境温度；Tn为室内环境温度；Tx为换热后新风温度。

表1 数值模拟工况

表2 实验数据与模拟数据对比

1.3 实验分析数据和模拟分析数据的对比

实验结果和模拟结果存在较小的误差，其主要原因如下：

1）数值模拟中用等效导热系数来代替热管内部的相变传热过程，但是等效导体的传热过程必然区别于实际情况。

2）数值模拟中只考虑了对流传热和热传导这两项影响因素，未考虑热辐射对传热的影响。……