本文通过流动数值模拟，对间冷管束的换热性能进行计算分析，以初步评估该型管束的传热系数、流动阻力等特性。此外，通过前期建模也得到了该型管束翅片的重量、（与空气接触的）散热面积等几何信息。

该型管束翅片（见图2-1）被紧密套在基管上。一片管束共有多层翅片。翅片采用高低桥的设计方式，如图2-2所示。

图2-1　新型的6排管管束的翅片（单层）

图2-2　翅片上的高低桥布置方式

翅片的结构具有重复性。为减小计算量，计算模型取为整个结构不能重复的最小单元，如图2-3所示。

图2-3　用于计算的翅片部分的最小模块

空气从翅片周围的空间流过。图2-4给出了流动模拟需要考察的区域。

图2-4　用于流动模拟的流场区域

图2-5给出了模拟区域的细部。本次计算不仅要反映空气的流动（对流传热、流动阻力），而且给出了铝翅片的导热。因此，计算模型还含有固体的铝翅片区域。

图2-5　模拟计算区域的细部

对模型进行网格划分后需要指定模型的边界条件。图2-6给出了计算指定的边界条件的示意。空气从入口流入，从出口流出；将左、右边界设定为对称边界条件；上、下表面为周期性边界条件；翅片与基管的接触面为传热边界，以温度恒定的形式给出。

图2-6　计算区域边界条件的示意

计算中以翅片和基管的接触面为传热边界，温度恒定。热量首先从该传热面以热传导的形式传递到翅片与空气的分界面，然后传递进入空气。来流空气的温度为正常平均温度。热量传入空气将以空气的导热、对流传热、辐射传热这3种方式进行。

翅片与空气接触的外表面的温度分布

图2-7～图2-10给出了4种迎面风速不同情况下翅片与空气接触的外表面的温度分布。

图2-7　迎面风速为V1时翅片与空气接触的外表面的温度分布(www.daowen.com)

图2-8　迎面风速为V2时翅片与空气接触的外表面的温度分布

图2-9　迎面风速为V3时翅片与空气接触的外表面的温度分布

图2-10　迎面风速为V4时翅片与空气接触的外表面的温度分布

可见，从基管的外表面开始的热量首先通过导热在铝翅片内进行传导。铝翅片上的温度分布并不均匀。越靠近冷的来流的部位，温度越低。综合这几种情况，翅片上的最低温度随迎面风速的增大而降低。

图2-11～图2-14给出了4种迎面风速情况下计算区域中截面的空气部分的温度分布。

图2-11　迎面风速为V1时计算区域中截面的空气部分的温度分布

图2-12　迎面风速为V2时计算区域中截面的空气部分的温度分布

图2-13　迎面风速为V2时计算区域中截面的空气部分的温度分布

图2-14　迎面风速为V4时计算区域中截面的空气部分的温度分布

可见，空气在流过翅片区域时，总是从入口处的平均温度逐渐吸热升温，但随着迎面风速的增加出口处的空气温度是下降的。

另外，从图2-11～图2-14中可见，该型翅片管的换热是比较充分的。

图2-15给出了迎面风不同情况下的空气流过翅片的流线。可见，基管背风侧的尾涡较小，由尾涡导致的换热性能的降低并不明显。

图2-15　迎面风速不同时空气流过翅片的流线（以空气速度为流线着色）

本文通过流动数值模拟考察了某新型管束的换热性能，给出了该型管束的换热量、阻力的拟合情况，为工程设计提供了理论依据。