数值研究：波纹通道形状对流动与换热性能的关键影响

本文主要探讨了波纹通道形状对流体流动与换热性能的影响，采用数值模拟方法对正弦形、三角形、椭圆形、圆弧切线形和阶梯形五种常见的结构对称通道进行了深入研究。在恒壁温和常物性条件下，研究了雷诺数（Re）对流动与换热特性的影响，并分析了摩擦阻力系数（f）、努谢尔特数（Nu）以及综合性能参数G的差异。 首先，研究发现阶梯形通道内的摩擦阻力系数f最大，其次是正弦形通道，而椭圆形通道的f随Re的变化规律与其他通道有所不同，表现出独特的特性。随着Re值的增大，当Re超过150后，阶梯形通道的换热能力显著增强，相比之下，椭圆形通道的换热性能较弱。三角形通道在综合性能上表现最优，椭圆形通道则处于最低水平。 努谢尔特数Nu反映了通道表面换热效率，不同结构的Nu值相对大小受Re数影响显著。在Re>150的情况下，阶梯形通道的Nu数值最高，表明其换热强化效果最好。而在Re较小的时候，除阶梯形通道外，其他通道的综合性能往往优于Re较大的情况。 这一研究为换热器设计提供了重要的理论支持，特别是对于那些工作在层流区或过渡区，且两侧介质热导率较低的紧凑型换热器，优化通道形状可以有效提升换热效率，降低能耗，同时减少噪音。通过对不同通道形状的分析，设计者可以根据具体的应用场景选择最合适的通道结构，以实现高效、紧凑、低损失和低噪音的换热设备。