外凸式波节管结合内插扭带复合强化换热性能分析

针对一种新型的外凸式波节管结合内插扭带(CT)的流动与传热特性进行了RNGk-ε数值模拟研究。数值结果与实验结果进行了对比,验证了数值模型的精确性。将CT和传统的光管结合内插扭带(ST)的流动与传热特性进行了对比研究,揭示了其复合强化换热机理。结果表明CT相比于传统的ST,传热性能以及综合传热性能最多分别提高1.48和1.3倍,并且在低Reynolds数时提高得更加明显。CT在波节与扭带的间隙区域形成了脱体涡旋,破坏了近壁面的热边界层,同时扭带增加了主流区的扰动,使得湍动能增加,因此波节和扭带的协同作用使管内达到了复合强化换热效果。     

内插松弛扭带波节管的流动与传热特性的数值模拟

采用RNG k-ε数值模拟方法研究一种新型内插松弛扭带波节管（CLT）的流动与传热特性。将数值模拟结果与自建实验台的实验结果进行了对比验证;比较了CLT和内插松弛扭带光管（SLT）的传热性能差异;考察了CLT中扭率和余隙比对流动和传热特性的影响规律。研究结果表明CLT相比于传统的SLT,传热性能最多提高1.17倍,综合传热性能的绝对数值最多增加0.15。CLT的综合传热性能随着扭率的增加而增加,而增加的幅度却逐渐减小,高Reynolds数时减小的程度更加显著。同时,综合传热性能随着余隙比的增大而降低并且降低的幅度也逐渐减小,在低Reynolds数时明显降低,而在高Reynolds数时略微降低。综合考虑,低Reynolds数时应该选择余隙比低的扭带,而高Reynolds数时则应选择余隙比高的扭带。     

内插松弛扭带波节管的流动与传热特性的数值模拟

采用RNG k-ε数值模拟方法研究一种新型内插松弛扭带波节管(CLT)的流动与传热特性。将数值模拟结果与自建实验台的实验结果进行了对比验证;比较了CLT和内插松弛扭带光管(SLT)的传热性能差异;考察了CLT中扭率和余隙比对流动和传热特性的影响规律。研究结果表明CLT相比于传统的SLT,传热性能最多提高1.17倍,综合传热性能的绝对数值最多增加0.15。CLT的综合传热性能随着扭率的增加而增加,而增加的幅度却逐渐减小,高Reynolds数时减小的程度更加显著。同时,综合传热性能随着余隙比的增大而降低并且降低的幅度也逐渐减小,在低Reynolds数时明显降低,而在高Reynolds数时略微降低。综合考虑,低Reynolds数时应该选择余隙比低的扭带,而高Reynolds数时则应选择余隙比高的扭带。     

新型内螺纹波节管强化传热数值模拟

结合波节管和内螺纹换热管的结构特点,提出一种新型强化传热的内螺纹波节管。通过数值模拟的方法对内螺纹波节管的管内传热进行了研究,结果显示,相同工况下,内螺纹波节管管内努赛尔数Nu较普通波节管增大了约10%,强化传热效果明显。此外,对比了不同螺纹尺寸的内螺纹波节管的流动和传热特性,结合管内的阻力情况,得出螺纹牙较低的内螺纹波节管具有更好综合性能的结论。     

外凸式波节套管换热器壳程流动与传热机理的数值模拟

针对波节套管换热器壳程中的流动和传热机理进行了k-ε的数值模拟研究。采用六面体网格结合波节区域加密的特殊划分方法,进行了首层网格间距和主流区网格间距的无关性分析。数值模拟结果与经验公式进行对比,验证了数值模拟方法的准确性。对比分析了波节管和光管中流动和传热参数（速度、温度、湍动能和湍流耗散率）的性能差异,揭示了波节管的强化换热机理。同时,分析了波节管的局部Nusselt数和阻力降沿壁面的变化规律。结果表明流体在波节的去流侧形成了一个脱体旋涡,破坏了流体的速度边界层和温度边界层,同时使得其内部的摩擦阻力和热扩散能力明显提高,起到了明显的强化换热效应。     

内置扭带换热管数值模拟及结构参数优化研究

采用数值模拟方法对内插扭带式换热管换热过程进行模拟,分析了管内流动与传热特征,研究了扭带尺寸参数对管内流动与传热的影响。结果表明,随扭带余隙率增大,传热系数逐渐减小,传热性能降低,但过小的余隙率会增大摩擦阻力。传热系数随扭距增加先增大后减小,阻力系数随扭距增加逐渐减小。综合考虑扭带参数对传热与流动的影响,对换热管内置扭带的结构参数进行了优化。     

内插扭带强化换热过程及最佳螺距研究

与普通换热管相比,内插扭带传热管内由于螺旋涡的存在,使管内介质压力梯度增加、流速加快,从而提高管内传热系数。采用了FLUENT数值模拟计算,以水为管内流体介质,对内插扭带管进行传热特性分析。结果表明,随着雷诺数增大,努塞尔数呈直线增大,而摩擦阻力系数呈指数型减小;并且在相同雷诺数条件下,内插扭带管的摩擦阻力系数和努塞尔数均大于光管;通过综合因子评价方法确定了内插扭带强化换热的最佳螺距为50 mm,并且该方法适合于小雷诺数流动条件下的强化换热。     

Ф42mm换热管内置铝制扭带强化传热特性的研究

对Ф42mm换热管插入扭带后的阻力特性和传热特性进行了分析,发现插入扭带以后,传热系数和流动阻力均增加,并且二者均随扭带的带宽增大而增大;通过非线性回归分析,得到插入铝制扭带后换热管摩擦阻力系数关联式和给热系数关联式;对插入扭带的换热管进行了强化传热性能评价分析,传热性能评价因子的数值在1．09～1．44范围之间,研究的扭带均具有强化传热的应用价值。     

Φ42mm换热管内置铝制扭带强化传热特性的研究

对Ф42mm换热管插入扭带后的阻力特性和传热特性进行了分析,发现插入扭带以后,传热系数和流动阻力均增加,并且二者均随扭带的带宽增大而增大;通过非线性回归分析,得到插入铝制扭带后换热管摩擦阻力系数关联式和给热系数关联式;对插入扭带的换热管进行了强化传热性能评价分析,传热性能评价因子的数值在1．09～1．44范围之间,研究的扭带均具有强化传热的应用价值。     

基于FLUENT的内插扭带波纹管内流场分析

利用流体力学软件FLUENT对波纹管与扭带结合时的流场及传热进行了数值模拟,结合场协同原理考察了不同结构参数和操作参数对流动和传热的影响。结果表明:在入口雷诺数5000~60000,内插扭带波纹管由于扭带的螺旋导流作用,使壁面边界层减薄,在流动区域形成漩涡产生二次流,强化了对流传热过程;插入扭带后的波纹管内的流动仍具有周期性的特点,压降比普通的波纹管增加了2~3倍,且扭率较小时压降较高;场协同角在管子入口处较小,随流动的进行逐渐增大并趋于稳定;协同角随入口速度的增大呈递增趋势;有扭带的波纹管较光管协同角减小了约10%,较普通波纹管减小了约2%,场协同程度随扭率减小而增强。     

管内插入旋流片的流动和传热的数值模拟

为了获得较好的传热性能,提出一种在缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热方法。采用水为流动介质,在湍流状态下,通过数值模拟,详细研究了缩放管内插入旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同。对缩放管插入不同结构旋流片的热阻性能与缩放管和光滑管进行了比较,模拟结果表明,在相同条件下,传热系数和阻力系数最大分别提高25%,120%,120%,370%。缩放管与旋流片的复合使用能有效地改善速度场和温度场的协同程度,是提高换热性能的一个有效手段。     

管内层流强化传热的数值模拟

通过数值模拟,研究了85%甘油在含旋流片缩放管管内的传热与流阻特性,并与光滑管、缩放管的传热与流阻特性进行了对比。研究结果表明,层流时含旋流片缩放管的综合因子大于缩放管,且缩放管内插入6个小角度旋流片具有更好的传热性能。在有旋流片段可以通过减薄边界层厚度与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低流体的输送功耗。     

内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性研究

通过数值模拟对内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性进行了计算与分析,结果表明:换热管的对流传热强度随着扭带数量的增加而提高,随着扭带扭率的减小而提高。流动阻力损失相对于空管有很大程度的提高。传热性能评价指标在湍流时普遍较低,故多螺旋扭带换热管的使用应考虑流动阻力损失的影响。     

扭曲三叶管传热与流阻性能的数值研究

扭曲管换热器是一种新型高效换热器。在扭曲管强化传热机理研究的基础上,提出了一种新的扭曲管管型--三叶管。验证了标准k-ω湍流模型在圆管及扭曲椭圆管计算中的精确度,并采用该湍流模型对扭曲三叶管Re在4000～20000范围内的传热和流阻性能进行了研究。计算结果表明,扭曲三叶管的Nusselt数比扭曲椭圆管大,虽然压差增大较多但综合传热性能比扭曲椭圆管高。这是由于扭曲三叶管特殊的三叶区结构以及过渡区曲率的变化,使得三叶管内的螺旋流动比椭圆管更为复杂,速度场与温度梯度场的协同程度更好。随着Reynolds数的增大扭曲三叶管的压差及Nusselt数都逐渐增大,但综合性能逐渐降低,在低Reynolds数下扭曲三叶管的强化传热效果较为明显。内切圆直径及过渡圆弧直径越小,扭曲三叶管的综合性能越好,其中内切圆直径的影响更为显著。     

缩放管内插双扭带复合强化传热的数值模拟(英文)

The paper presents a 3D numerical simulation of turbulent heat transfer and flow characteristics in converging-diverging tubes(CDs) and converging-diverging tubes equipped with twin counter-swirling twisted tapes(CDTs).The effects of Reynolds number(Re 10000-20000),pitch length(P 11.25,22.5 mm),rib height(e 0.5,0.8,1.1 mm),pitch ratio(δ1:8,5:4,8︰1),gap distance between twin twisted tapes(b 0.5,4.5,8.5 mm) and tape number(n 2,3,4,5,6) on Nusselt number(Nu),friction factor(f) and thermal enhancement factor(η) are investigated under uniform heat flux conditions,using water as working fluid.In order to illustrate the heat transfer and fluid flow mechanisms,flow structures in CDs and CDTs are presented.The obtained results reveal that all geometric parameters have important effects on the thermal performance of CD and CDT,and both CD and CDT show better thermal performance than plain tube at the constant pumping power.It is also found that the increases in the Nusselt number and friction factor for CDT are,respectively,up to 6.3%-35.7% and 1.75-5.3 times of the corresponding bare CD.All CDTs have good thermal performance with η greater than 1 which indicates that the compound heat transfer technique of CDT is commendable for the maximum enhanced heat transfer rate.     

管间高粘度流体的有效传热温差缓变特性

通过数值模拟,研究了85%甘油在旋流片支撑光滑管管束间纵向流动的传热与流阻特性,并与无支撑光滑管束的纵向流动进行了对比,揭示了高粘度流体置换类强化传热方法的有效传热温差缓变特性机理。研究结果表明,层流时,小扭率与大角度旋流片支撑的光滑管管束的传热综合性能更佳,旋流片支撑光滑管管束在有旋流片段可以通过提高有效传热系数与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低了流体的输送功耗。     

扭曲椭圆管强化传热研究进展及应用

扭曲椭圆管因结构简单、强化传热及阻垢性能优异,近年来成为被动强化传热领域研究热点之一。虽已有文献对扭曲椭圆管换热器技术进行了综述,但对扭曲椭圆管强化传热特性的归纳和工程应用研究脉络的梳理存在不足,本工作着眼于扭曲椭圆管内外传热及流阻性能研究、扭曲椭圆管换热器研发和工程应用两方面内容,概括了扭曲椭圆管(束)结构、工质、流动状态对传热性能及流阻特性的影响规律;回顾了扭曲椭圆管换热器工程应用案例,总结了有关扭曲椭圆管研究尚待完善之处,并对扭曲椭圆管强化传热研究的发展趋势进行展望,为深化扭曲椭圆管理论研究和工程实践提供指导和参考。     

扭曲扁管管内流动与传热的三维数值研究

利用计算流体力学和数值传热学的方法,对扭曲扁管三维模型的流动与传热性能进行了数值模拟计算和理论分析,研究了管内流体的Re,Pr以及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响,结果表明,扭曲扁管具有较好的强化传热效果,在管内流体具有高Pr低Re数的条件下,其强化传热效果尤为明显。根据数值计算的结果数据,拟合出了努塞德数和阻力系数的准则公式,对扭曲扁管工程实际应用具有一定的参考价值。     

扭带结构影响管内传热与熵产的研究进展

随着工业技术不断发展,传统换热管的传热方式已经无法满足高热流密度下的热量输运要求。扭带插入物是一种能够有效提高换热管传热效率的强化传热元件,以其结构简单、加工容易的特点受到了很多学者的关注和研究。管内流体的传热性能及熵产往往作为评价换热管性能的重要参数,因此扭带结构与流动工质对这些参数的影响成为近年来研究的重点。本文主要综述了近十年来不同结构扭带对管内传热与熵产影响的研究进展。首先,将文献中研究的扭带按照几何结构进行分类,阐述和分析了不同类型扭带对换热管的传热、熵产以及综合性能的影响,试图找出几何结构与换热管传热性能以及熵产之间的联系。其次,介绍了扭带与纳米流体复合传热技术的研究进展。最后,归纳了研究人员为达到传热性能最大化以及熵产最小化而建立的传热和熵产模型,并对模型的优缺点进行了评价。