小管径管翅式换热器气压胀接成形机理研究
INVESTIGATION ON PNEUMATIC EXPANSION FORMING MECHANISM OF SMALL FIN-TUBE HEAT EXCHANGER
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文摘
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管翅式换热器是制冷行业中最常用的换热器形式,其换热管的胀接性能决定了换热器的传热性能.本文提出了管翅式换热器的三维流-固耦合模型,采用单向流固耦合瞬态数值模拟方法,对小管径管翅式换热器的流体和固体域的流动和变形特征开展了数值研究.计算结果表明:根据换热管和翅片的胀接成形要求和胀后管径要求,气压胀接压力的合理范围为P = 12.5 MPa,与理论公式推导值一致.根据管翅应力随时间变化的规律可知,换热管接头处应力远大于其屈服极限66 MPa,翅片接头处应力刚好略大于其屈服极限132 MPa,满足胀接成形要求.胀后的换热管直径随着压力的增加其管径增大,换热管的径向位移在水平方向较小,垂直方向较大,其最大和最小位移差约为0.03 mm.探究了管翅间残余接触压力随胀接压力的变化,残余接触压力随胀接压力的变化可分为三个阶段.结果表明当胀接压力使得翅片内孔发生屈服后,继续增大胀接压力会导致胀接不完全.最后研究了保压时间的影响,结果表明保压时间的增加对胀接效果并没有明显影响.相关结果可为工程实际中小管径管翅式换热器气压胀接工艺提供理论指导. |
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The fin-tube heat exchanger is common in the refrigeration industry.The expansion forming mechanism of the heat tube is of significant importance for refrigeration equipment,which determines its mechanical property and heat transfer performance.In this paper,a three-dimensional fluid-solid coupling model of the tube-fin heat exchanger is proposed.By using a unidirectional fluid-solid coupling transient method,the flow behaviors and deformation characteristics of the fluid and solid domains are numerically studied.Results show that the reasonable range of pneumatic expansion pressure is verified to be P = 12.5 MPa,which is consistent with the value derived from the theoretical equations.According to the variations of tube and fin stresses with time,the tube stresses at different fin-tube joints are greater than their yield limit of 66 MPa,and the fin stresses at different fin-tube joints are slightly greater than their yield limit of 132 MPa,which agree with the requirements of expansion forming process.After expansion,the average tube diameter increases with the pressure increases.The radial displacement of the heat exchanger tube is smaller in the horizontal direction and larger in the vertical direction,and the difference between maximum and minimum displacement is about 0.03 mm.The variation of the residual contact pressure with different expansion pressures was investigated,which exhibits three stages.When P <11 MPa,the residual contact pressure increases with the expansion pressure.If 11 <P <12.5,the residual contact pressure decreases with the increase of expansion pressure.While P >12.5 MPa,the residual contact pressure stabilizes at 0.7 MPa.The numerical results indicate that when the expansion pressure makes the inner hole of the fin yield,increasing the expansion pressure will lead to incomplete expansion.Finally,the effect of holding time is studied,which show that changing the holding time has little effect on the expansion quality.The relevant results provide theoretical guidance for the actual engineering of the small fin-tube heat exchanger in the pneumatic expansion process. |
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来源
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力学学报
,2023,55(2):554-563 【核心库】
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DOI
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10.6052/0459-1879-22-482
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关键词
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小管径管翅式换热器
;
流固耦合
;
气压胀接
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地址
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1.
桂林电子科技大学机电工程学院, 广西, 桂林, 541004
2.
珠海华星智能技术有限公司, 广东, 珠海, 519000
3.
中国科学院力学研究所, 中国科学院微重力重点实验室, 北京, 100190
4.
中国科学院大学工程科学学院, 北京, 100049
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语种
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中文 |
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文献类型
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研究性论文 |
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ISSN
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0459-1879 |
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学科
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机械、仪表工业 |
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基金
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国家自然科学基金
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广西科技厅中央引导地方专项
;
第七届青年人才托举工程项目
;
珠海市科技局产学研项目
;
珠海市社会发展领域科技计划
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文献收藏号
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CSCD:7434323
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参考文献 共
33
共2页
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