纵向涡强化换热的优化设计及机理分析

对带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器空气侧表面的换热和流动特性进行了三维数值模拟.深入分析了纵向涡对流场和温度场的影响,并通过场协同原理揭示了纵向涡强化换热的根本机理,即减小了速度和温度梯度之间的夹角,改善了速度场和温度场的协同性.在此基础上,对纵向涡发生器的布置位置(上游布置和下游布置)和纵向涡发生器的攻角α(15°,30°,45°,60°)进行了优化设计.结果表明:当纵向涡发生器布置于换热管下游时,具有更好的强化换热能力;在纵向涡发生器采用下游布置的前提下,当纵向涡发生器的攻角α=30°时,具有最佳的强化换热能力.     

H型翅片椭圆管束传热与阻力特性的实验研究

对H型翅片椭圆管束的管外侧传热与阻力特性进行了模化实验研究,得到了H型翅片椭圆管束的管外侧传热与阻力特性变化规律,分析了横向管间距s_1与纵向管间距s_2对H型翅片椭圆管束传热与阻力特性的影响。研究表明:在研究范围内,随着s_1的增大,管外侧传热性能变差、阻力减小;随着s_2的增大,管外侧传热性能明显变差,阻力明显减小;且纵向管间距s_2对传热与阻力性能的影响比横向管间距s_1更明显。     

百叶窗翅片管换热器空气侧传热和流动特性数值模拟

采用数值模拟方法对百叶窗翅片管换热器空气侧传热和流动特性进行研究,分析管排数、开窗角度和翅片间距对百叶窗翅片管换热器空气侧性能的影响。结果表明:空气侧传热系数随管排数增多而降低,最大降幅约12.5%,压降随管排数增多而增大;低雷诺数下百叶窗角度为20°时换热器具有较好的综合性能,较大雷诺数下25°为最佳百叶窗角度;随着翅片间距的减小,换热器传热因子j和阻力因子f均逐渐增大,但低雷诺数时翅片间距较小的换热器综合性能较差。     

椭圆管翅式换热器空气侧传热和流动特性的数值模拟

建立了椭圆管百叶窗翅片换热器三维模型,对椭圆管翅式换热器空气侧传热和流动特性进行了数值模拟,分析管径、管排数、翅片间距对椭圆管翅式换热器空气侧传热流动的影响。结果表明:管排数为1～3时,椭圆管百叶窗翅片换热器空气侧换热系数随换热器管排数的增加而降低,最大降幅达17.1%;椭圆率为2:3的椭圆管翅式换热器综合性能最好,与同周长圆管管翅式换热器相比,换热性能提高了10.1%,降阻幅度达32.3%;随着风速的提高,翅间距对管翅式换热器换热性能及阻力影响逐渐降低。     

H形翅片管束传热和阻力特性的试验与数值模拟

根据大型电站锅炉省煤器的运行工况,对单H形和双H形翅片管束气侧的传热与阻力特性进行了模化试验研究,并利用Fluent软件对H形翅片管束的流场和温度场进行了数值模拟,得到单H形和双H形翅片管束的传热与阻力特性变化规律.结果表明:H形翅片管束的传热和阻力特性与气体的Re有关,随着气体Re的增大,气侧Nu不断增大,传热性能提高,而Eu则逐渐减小,并趋于定值;在相同Re下,单H形翅片管束气侧Nu大于双H形翅片管束气侧Nu,而气侧Eu则小于双H形翅片管束气侧Eu;数值计算结果与试验结果误差较小,采用数值计算方法能比较准确地分析H形翅片管束的流动与传热特性.     

纵向涡强化片式散热器油侧热性能的数值研究

采用三维数值模拟的方法研究了在片式散热器一组通道内设矩形涡流发生器(rectangualr vortex generator,RVGs)时对油侧的传热性能影响。研究了相同入口条件(层流)和考虑重力作用的条件下,纵向涡发生器的宽度、高度、攻角和纵向间距等几何因素对竖直通道传热和压降的影响。结果表明:纵向涡发生器产生的涡旋导致边界层分离,传热效果得到强化;改变涡发生器的宽度和高度对传热的影响趋势相似;当几何条件相同下攻角为30°时整体强化传热效果最佳;随着纵向间距的增加,传热的强化效果先降低再提高,最后又降低;最佳纵向间距为160 mm。     

管间距对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响

为了获得管间距对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响规律,对5种不同翅片管换热器进行了数值模拟研究,并进行了模化试验验证。结果表明:开缝翅片管束的传热和阻力特性与翅片侧气体的Re数有关,随着Re数增大,翅片侧Nu数增大,摩擦因子f逐渐减小;纵向间距S2对开缝翅片管换热器的综合流动传热性能的影响较大。数值模拟与试验结果偏差较小,采用数值模拟方法能够比较准确地分析开缝翅片管换热器的传热与阻力特性。     

小管径管翅式换热器空气侧的强化传热特征

对5mm小管径三角翼翅片的流动和传热特性进行计算研究,讨论和分析了三角翼纵向涡发生器对流动与传热的影响以及其强化传热机理。计算结果显示流场呈现出三个显著的特征:翅片上下的空气通过冲孔相互流通,三角翼后形成了一个明显的纵向涡,后部有明显的横向流动。在所研究的Re范围内,三角翼翅片的传热能力增大70%～80%,综合性能提高19%～38%。同时,平均场协同角减小,这说明三角翼纵向涡发生器改善了温度场和速度场的协同性,从而提高了翅片的传热性能。     

矩形小翼和三角形小翼纵向涡发生器流动换热的研究

利用SIMPLE算法及k-ε湍流模型对加装矩形小翼和三角型小翼(攻角为45°、60°)的单H形翅片的换热性能进行数值模拟。研究表明:雷诺数相同时,随着攻角的增大,加装矩形小翼的单H形翅片的进出口温差、压力损失、努赛尔数、欧拉数、换热因子和综合性能评价标准JF的值都比加装三角形小翼要大。由于纵向涡发生器的存在,使得管后回流区和纵向涡发生器附近的湍动能增大,从而导致这些区域内的温度升高,沿着径向方向,湍动能大致呈"M"形分布,温度大致呈"W"形分布。     

纵向涡发生器几何参数对微通道流动传热特性的影响研究

为增强微通道的流动和换热特性,对微通道结合纵向涡发生器进行了数值模拟,分析不同雷诺数下纵向涡发生器的长度、横向间隙对微通道流动与换热性能指标的影响。结果表明:在进口速度为0.5～2 m/s时,雷诺数的增加会引起微通道内的换热性能增强,摩擦因子减小及综合传热性减小;涡发生器长度对换热影响较小,但增加涡发生器长度会引起阻力增加,横向间距对阻力影响较小,但增加横向间距会引起换热性能提高;涡发生器长度为0.30～0.40 mm时综合因子为0.94～1.21,横向间隙为0.1～0.5 mm时综合因子为0.88～1.17;纵向涡发生器长度为0.3 mm和横向间隙为0.5 mm时,有利于综合传热性能的提高。在低雷诺数时微通道结合纵向涡发生器的强化传热和综合传热因子要比高雷诺数时好。     

圆弧型开缝翅片管空气冷却器传热与阻力特性试验研究

对3种不同翅片间距的圆弧型开缝翅片管空气冷却器进行试验研究,得到迎面风速在1.0~3.0 m/s空气侧传热与阻力特性变化规律,分析了迎面风速、翅片间距对换热器传热与阻力特性的影响;雷诺数Re在1200~3800,综合性能指标随着Re的增大而增大;当Re1800时,Pf=1.7 mm的综合流动传热性能最好,当Re1800时,Pf=2.5 mm的综合流动传热性能最好;圆弧型开缝翅片管的综合流动传热性能比平直翅片管高。     

矩形通道内八边形翼纵向涡发生器强化传热的试验研究

在矩形翼的基础上,提出一种新型的八边形翼纵向涡发生器.在矩形通道内,通过试验比较了矩形翼和八边形翼纵向涡发生器的流动与传热特性.分别在Re相同和阻力损失相同的条件下,分析了不同纵向涡发生器的强化传热效果.结果表明:与矩形翼相比,八边形翼纵向涡发生器的强化传热效果更好,而阻力系数没有明显增加;在阻力损失相同的条件下,矩形翼和八边形翼纵向涡发生器的传热增强率小于在Re相同时的传热增强率.     

圆形基管位置对于H型椭圆管翅片管束传热和流动特性影响

基于FLUENT软件,采用RNG k-ε湍流模型对H型椭圆翅片管束的传热与流动进行数值模拟,分析圆形基管位置对H型椭圆翅片管束的传热和流动的影响。结果表明:圆形基管位置往后移,翅片管束Nu减小,圆形基管处于第一排时,管束传热明显优于后三排位置,其Nu相较于第四排B4型翅片管束的Nu高16%,全椭圆基管A型翅片管束的Nu高15%。圆形基管位置后移,翅片管束f越小,但差别较小。在综合热力性能方面,圆形基管处于第一排时,管束表现最优。     

螺旋翅片管束传热和阻力特性的试验研究

对13个不同翅片间距、翅片高度、横向管间距、纵向管间距的螺旋翅片管束换热器在不同雷诺数条件下的传热和阻力特性进行了试验研究,得出了翅片间距、翅片高度、横向管间距、纵向管间距及雷诺数与换热特性Nu和阻力特性Eu的准则关系式,并对准则关系式进行了分析.结果表明:随着横向管间距和翅片间距的增大,螺旋翅片管的传热得到强化,但随着纵向管间距和翅片高度的增加,螺旋翅片管的传热有所减弱;随着横向管间距、纵向管间距和翅片间距的增大,螺旋翅片管的阻力减少,但随着翅片高度的增加,螺旋翅片管的阻力增加.     

H型鳍片管性能优化的数值研究

基于Fluent平台,利用Realizable k-ε湍流模型对H型鳍片管的传热特性、阻力特性和综合性能进行了数值研究.结果表明:当烟气流速越高、翅片高度越小、翅片节距越小、管束横向节距越大、管束纵向节距越大时,H型鳍片管的传热系数越大;当烟气流速越高、翅片高度越大、翅片节距越小、管束横向节距越小、管束纵向节距越大时,H型鳍片管的流动阻力越大;当相对翅片高度为h/d=2.105、翅片节距越小、管束横向相对节距为s1/d=2.237、管束纵向节距越小时,H型鳍片管的综合性能最好.     

相变换热器烟气侧流动及传热特性的数值模拟

对壁温均匀的相变换热器换热管外烟气的流动状态与翅片管的换热过程进行数值模拟,分析烟气入口速度、翅片间距及翅片管横向间距、纵向间距对流动传热特性的影响。结果表明:随着烟气入口速度的增加,换热量和烟气流动阻力均增加;一定范围内增大翅片间距,能够强化传热性能,降低烟气流动阻力;翅片管横向间距的增大能强化传热,而纵向间距的增大会减弱传热性能,二者均能够降低烟气的流动阻力。     

低雷诺数流动错位翅片传热和压降特性的实验研究

通过对油水板翅式换热器进行的性能试验，得到了低雷诺数流动下板翅式换热器翅片侧传热与阻力特性的数据，在此基础上获得了错位翅片传热因子与摩擦系数的准则关系式，传热因子和摩擦系数的最大计算误差分别为0．62％和1．44％。根据这些准则关系式提出了一个衡量翅片质量的经济系数。     

电子元件散热器翅片自然对流散热性能研究

针对室外电子设备在自然对流条件下的散热问题,设计开发了一种新型散热器翅片结构——翅片开孔式涡流发生器,易于加工且直接与翅片连接,不存在焊接的问题。利用数值模拟的方法探究了涡流发生器的布置方式与攻角对散热器散热的影响。结果表明:翅片开设三角孔,在翅片间空气流动过程中起到了明显的作用,有效降低了三角形涡流发生器造成的流动阻力,增加了空气的扰动;当涡流发生器间距为40 mm、攻角为15°时,散热器翅片高温热源区域的散热效果最好。     

基于Fluent的扁管外带凹坑的蛇形翅片空间内流动与传热性能数值模拟

采用Fluent数值模拟了带凹坑的蛇形翅片扁管换热器空气侧的流动与换热。研究表明:与平直翅片相比较,凹坑对空气的流动产生了很大的扰动,采用凹坑翅片可以显著增强换热效果;在雷诺数Re=520～1 400的范围内,凹坑翅片与平直翅片相比其平均努塞尔数Nu_m增加了18%～24%,同时凹坑翅片比平直翅片的阻力系数f增加17%～28%;在雷诺数Re相同的条件下,随着凹坑半径R(0.8～1.8 mm)的逐渐增大,努塞尔数Nu_m和阻力系数f也逐渐增加;在同功耗条件下,与平直翅片相比较,采用带凹坑的翅片可以获得更佳的传热效果。     

H型翅片椭圆管低低温省煤器换热与阻力特性研究

为满足燃煤电站节能减排要求,不同型式的翅片管省煤器已广泛应用于新建或在役的电站锅炉中。椭圆管的流线型外形使椭圆管的传热与阻力性能以及防积灰和磨损性能比圆管更佳,为此,对适用于低低温省煤器的不同结构H型翅片椭圆管束的换热与阻力特性进行了模化试验,并与应用于燃煤电站锅炉省煤器的H型翅片圆管束性能进行了比较和分析。结果表明:H型翅片椭圆管束具有明显的优势,值得在低低温省煤器中推广应用。