垂直翅片管自然对流传热特性的数值研究

何震，王增超，陈富财，鲜希睿

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，成都 610213）

0 引言

电子元件的冷却是当今工程研究的主要挑战，有效的冷却方式能够显著地提高了电子元件的性能。与强制对流相比，自然对流作为一种无需外力驱动的冷却方式，设计非常简单、成本低、维护量最少，并且具有噪声小的额外优势。然而，简单自然对流系统的最大缺点是传热率很低，为了克服这个缺点，在系统中使用翅片已经成为一种常见的工程和工业实践。带翅片的自然对流已被大量应用，例如加热和冷却应用，包括电子元件、热交换器、内燃和外燃发动机、环形翅片散热器、利用自然循环进行空间加热的能量存储系统（例如基板加热）、用于空调和制冷的空气冷却系统[1]。翅片的形状是强化传热的重要考虑因素，有效的翅片设计取决于主表面的几何形状和系统在特定应用中的用途。纵向翅片通常用于垂直圆柱体，因为这种几何形状使得空气在两个连续翅片之间的间隙中容易流动，这增加了热传递的保持时间。

翅片的形状是强化传热的一个重要因素，对于垂直翅片管表面自然对流的数值研究相对较少，因此，本文中主要对垂直圆管上布置3种不同翅型（如图1）的自然对流进行数值模拟， 研究了不同雷诺数（Reynolds number）Re数下3种翅型表面传热与流动特性，获得适合垂直圆管的最佳翅型。

图1 3种不同翅型

1 数值模拟

1.1 几何模型与计算域

本研究中基管外径为50 mm 的垂直圆管，翅片厚度为1 mm，高度为30 mm。……