摘要
空冷凝汽器是一种用于石油化工及发电等行业的汽轮机辅机设备，用于冷凝汽轮机乏汽。空冷凝汽器的主要传热单元为由一系列翅片管组成的管束，翅片管一般为轧制成型。轧制翅片管的翅片一般为平直的圆片，如果将该平直型翅片管的翅片加工成波纹形状，可以增强管外空气侧流场地扰动，进而在提高散热性能方面有较好的功效，但国内目前还没有将波纹型翅片管束应用于空冷凝汽器的案例。本文主要从数值模拟模型的建立与验证、数值模拟分析以及综合成本应用分析等方面对空冷凝汽器的波纹型翅片管束进行了研究。 首先建立了平直型翅片管束的基础换热单元，并在FLUENT软件中对其进行数值模拟，随后通过制作管束试样进行风洞实验测量得到其流阻及换热的数据进行对比以及利用空冷凝汽器热工软件计算等方式验证该数值模拟结果的准确性，进而确定该数值模拟模型的有效性。 其次，基于可靠的数值模拟模型，并根据翅片管厂家的实际制造能力以及对波纹数量和角度的影响趋势分析，选取了30组不同波纹数量与波纹角度搭配下的波纹翅片管束结构，对这30组管束逐一利用FLUENT进行了仿真分析，得到其换热量与空气侧压降数据。根据综合性能最优为目标，将上述换热量与空气侧压降数据代入求解并比较，得到波纹翅片管波纹参数的最优解，即波纹数量为12，波纹角度为3.5°。 然后，分析了最优参数的波纹翅片管在0.8m/s~3.6m/s时的换热量及空气侧压降数据，并将这些数据按照传热基本公式，推导了该型波纹翅片管管外膜传热系数以及空气侧压降计算式。再提出了一个以相同热负荷下所需的综合成本最低的目标，搭建理论模型并给出具体计算方法，在1.2m/s~2.8m/s迎面风速范围内，分析了平直型翅片管束和波纹型翅片管束的综合成本图以及对比图，得出了两个主要结论，一是在分析的迎面风速范围内，波纹型翅片管束的综合成本更低，二是两种管束在迎面风速为2.2m/s（波纹翅片管管束）或2.3m/s（平直翅片管管束）时综合成本最低。 综上，本文从翅片管的数值模拟模型搭建与验证开始，进一步分析得到波纹翅片管综合性能最高时的波纹数量与角度，再对管束进行了综合成本最优目标分析，证明了波纹型翅片管束综合成本优于平直型翅片管束。为波纹型翅片管束在空冷凝汽器领域进行实际应用提供了强有力的数据支撑。同时还求取了波纹型翅片管的综合成本最优解，为迎面风速的选取提供了方法。
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