换热器作为在能源、化工、冶金、石油等领域中广泛应用的设备,其强化换热一直备受重视。由于换热设备的换热效率不断提高,波纹板已成为板式及板翅式换热器的基础板型。常见的波纹板型有三角型、正弦型、弧型、梯型及近似三角型的圆角型通道等,在这些不同型式的波纹表面中,换热设备中最常用到的是三角型和正弦型两种波纹通道。本文利用GAMBIT2.3前处理软件分别对二维三角型及三维正弦型波纹通道划分适当的网格,运用流体力学计算软件FLUENT6.3对空气在二维、三维周期性通道中的湍流流动及换热进行数值模拟。分析了恒壁温下通道不同几何结构参数如间距比、波纹纵横比、截面高宽比等对流动及换热的影响。对比了不同几何因子的通道内的流场、温度场、壁面剪切应力、阻力系数、努谢尔特数,并通过综合性能因子揭示了不同几何结构通道的综合性能,为波纹板换热器的换热和流动的最佳性能提供理论依据。通过数值研究同相位三角型波纹通道发现：在波纹纵横比γ一定时,随着间距比ε的增加,通道上壁面的入口处、波谷处以及下壁面的波峰处的漩涡显著增大；随着Re的增加,流体的惯性作用逐渐增强,漩涡强度增强,漩涡的体积增大。当￡一定时,在γ较小时,随着Re的增加,通道内流线几乎保持互相平行,流动没有出现漩涡。这是由于波纹振幅较低时,黏性力占主导作用,惯性力的作用较小。随着γ的增加,通道入口处的流线产生扭曲,通道入口处上壁面的附近、波谷处以及下壁面波峰处均有程度不同的漩涡出现。通过数值研究反相位三角型波纹通道发现：在雷诺数Re一定时,随着间距比ε的增加,漩涡的形状由狭长逐渐变化为圆实。同时,漩涡的范围也由接近通道入口处逐渐向通道中心处发展。当ε保持不变时,流体的惯性作用随着Re的增加而逐渐增强,漩涡强度增强,体积不断增大。在波纹间距比γ较小(γ=0.125)时,流线几乎与通道的垂直中心线对称,流动形式也与平直通道的流动十分接近,具体表现为流场中未出现漩涡。通过数值模拟空气在正弦型三维通道内的湍流流动及换热表明：截面高宽比α的变化对通道的阻力系数无明显影响,而对平均努谢尔特数Nu有不同程度的影响。在间距比ε较小时,同相位的综合性能因子高于反相位。当ε增加时,反相位的综合性能因子又高于同相位。相位差对流动及换热的影响因通道间距比的不同而不同：小间距比时同相位的性能最好,而大间距比时反相位的性能最好。最后,选取同、反相位性能因子最高的波纹通道,对该通道的阻力系数及努谢尔特数进行公式拟合,为工程实际计算提供参考依据。采用非稳态算法,对空气在二维正弦型波纹通道中的流动及换热进行数值模拟发现：当Re=1400时,流动由稳态转变为非稳态。当波纹通道内的流动为稳态时,换热量稍高于平直通道；当通道内的流动由稳态转变为非稳态流动时,换热量的增加较平直通道十分明显。