设计基于自然冷能贮冰蓄冷的冰水混合间接换热系统,对其核心设备翅片管式换热器的结构参数进行设计计算,根据保鲜库需冷量计算得出迎风面积0.16 m2、总传热面积8.6m2、换热管总长度25.5m的四管排翅片管式换热器。采用Design-expert8.0软件分析冰水流量、迎面风速、换热管长三个因素对换热量和压力降的影响。建立回归模型,得出换热量最佳且压力降最低的寻优结果为:迎面风速2.86m/s、冰水流量0.85m3/h、换热管长24.36m,可得最优换热量4.92k W、压力降56.98Pa。

利用ANSYS FLUENT软件,对翅片管式换热器空气测的流动与换热特性进行数值模拟,并进行试验验证,得到温度场、速度场、压力场、平均场协同角的分布规律。分析不同迎面风速、来流入角、来流温度等对流动换热特性的影响。结果表明:迎面风速对换热影响显著,迎面风速分别取1.5~4m/s 6个不同值时,换热系数和压力降分别增加了133%、428%;来流入角对翅片侧的气流分布影响大,过大或过小的来流入角会产生涡流及气流分布不均匀现象,影响传热性能。来流入角30°时比0°时换热系数增加了18.7%,即迎面风速方向沿着冰水流动的方向呈逐渐降低的分布方式,对换热有利;利用场协同原理分析了平直翅片管式换热器的换热特性,迎面风速在1.5~3.5 m/s范围内时,平均场协同角随迎面风速增加而增加,平均场协同角度增加了12%,流场与温度场的协同情况变差,对强化换热不利。当风速达到3.5m/s后,协同角度几乎不随风速变化,最佳迎面风速范围介于2.5~3m/s之间。