管内插入螺旋翅片流动与传热特性的数值模拟

为研究管内插入螺旋翅片在低雷诺数下流动与传热特性,利用层流模型和周期性边界条件进行了3维数值模拟,以水为介质,在恒热流条件下,分别选取4种不同螺旋翅片高度(h=2、4、6、8 mm)和节距(P=20、40、60、80 mm)组成的16组结构参数,并对每组结构参数在两个不同雷诺数(Re=450、650)下进行模拟;讨论了螺旋翅片高度和节距对努赛尔数、阻力系数、综合性能、场协同性能和涡量的影响。结果发现,内插螺旋翅片能够显著强化换热,在较小片高时,翅片节距之间容易产生横向漩涡;除节距和片高同时较小的情况外,努赛尔数和阻力系数随节距增大而减小,随片高增大而增大;适当选择片高和节距数值,可以提高综合换热性能。     

换热管内置螺旋弹簧对传热性能影响的研究

通过粒子成像测速(PIV)技术,研究了内置螺旋弹簧对换热管传热性能的影响,并分析了螺旋弹簧节距、丝径以及中径对管内流场的影响。结果表明,内置弹簧管的强化传热系数明显高于光管,传热效果随弹簧节距、丝径的增大而增大,随中径的减小而增大。通过实验,确定了增强湍流程度的最佳方式。     

降膜蒸发管内插往复螺旋强化传热实验研究

为有效解决降膜蒸发器加热管中传热效率与结垢问题，提出了一种降膜蒸发管内插往复螺旋强化传热技术，强化管内插螺旋运动与管壁碰撞过程。实验研究内插螺旋的结构参数、螺旋往复行程，以及热通量、蒸发压力以及溶液喷淋密度等工艺参数对降膜蒸发过程传热性能影响。实验结果表明，此技术的除垢防垢性能及传热性能优于空管及单纯的内插螺旋性能，在螺旋外径d=30 mm、螺距f=45 mm、丝径e=1.8 mm、往复行程H=100 mm时，其传热系数分别是空管和单纯的内插螺旋的2.08和1.26倍。通过对管内蒸发侧传热系数进行分析，总结得到与热通量、蒸发压力以及溶液喷淋密度相关的降膜蒸发传热系数关联式。     

三维变形管MVR蒸发器的强化传热数值研究

蒸发器的换热性能对MVR (mechanical vapor recompression)系统有着重要影响。利用FLUENT软件,以水为介质,在雷诺数13000 Re 110000,研究了三维变形管的不同结构参数对管内传热与压降性能的影响,拟合出了计算准则关联式。模拟结果显示:由于受到离心力的作用,流体在三维变形管内产生了垂直于主流方向上的二次流,促进了边界层与主流区的径向混合,强化了传热;三维变形管的扭距S越小,长短轴比A/B值越大,强化传热效果越好,但同时压降也会增大;综合换热性能在13000 Re 60000随着雷诺数Re的增大迅速减小,在60000 Re 110000随雷诺数Re增大而逐渐趋于平稳,但仍然优于光滑直圆管,减小扭距S值比增大长短轴比A/B值更有利于提高管内综合强化传热性能。将三维变形管应用于MVR蒸发器中,节材效益显著。     

基于PIV法的管内插螺旋液固两相流流场特征

为探究管内插螺旋与液固两相流复合技术对流场与传热的影响机理,采用粒子图像处理技术(PIV)实验研究管内流体的涡量场及速度场分布规律。对比实验结果表明:内插螺旋液固两相流使流体呈螺旋流动,且增大流体的运动强度。在雷诺数Re=26 400～33 000,总平均涡量比光管增大21.4%～35.8%;径向速度呈正负波动分布,平均径向速度为光管的6.5～19.8倍,径向速度波动为光管的51～609倍;轴向速度沿壁面向管中心递增,轴向速度波动比光管增大41.5%～60.6%;平均湍动能比光管增大162.7%～254.6%,因此内插螺旋液固两相流复合技术更有利于传热。     

换热器换热管内插螺旋流态化传热及除防垢的影响因素

通过内插螺旋方法使换热器换热管内流体产生螺旋流,实验研究了管内螺旋流/螺旋流态化的颗粒直径、颗粒浓度、螺旋结构参数及温差对强化传热及除垢、防垢性能的影响. 结果表明,在实验范围内,换热器换热管内螺旋流态化比螺旋流的传热系数提高15%~20%;颗粒直径5 mm比3 mm的传热系数提高5.4%;颗粒浓度15%(j)比5%(j)传热系数提高15.3%;外径螺旋30 mm比20 mm传热系数提高7.7%;螺距20 mm比60 mm传热系数提高11.1%. 随时间连续运行,管内螺旋流态化的传热系数下降幅度远小于螺旋流,表明管内螺旋流态化具有较好的除垢防垢效果. 传热温差变化对螺旋流态化强化传热及除垢、防垢性能影响较小.     

扭曲扁平管结构对管内传热强化与阻力特性的影响

采用CFD数值计算方法,以水-空气为换热系统、水为管内流体,研究了扁平度、扭距等结构和流动参数对扭曲扁平管传热强化和阻力特性的影响规律,建立了适用于扭曲扁平管对流换热系数和Fanning摩擦因子的准数关联式。结果表明:扭曲扁平管产生的二次流对管内对流传热起到强化作用,雷诺数Re为6 000~18 000时,综合传热性能评价因子η为1.01~1.61;增大扁平度能够提高扭曲扁平管的综合传热性能;减小扭曲比虽然能够提高扭曲扁平管的对流换热系数,但阻力损失增加,且不利于提高扭曲管的综合传热性能。     

内置螺旋弹簧换热管内流动与传热三维数值模拟

为研究内置螺旋弹簧换热管单管强化传热原理,采用Fluent软件对内置螺旋弹簧换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟,考察了弹簧的应用对管内流场、压降和换热性能的影响,并分别取螺旋弹簧节距p分别为2 mm、4 mm、5 mm初步研究了弹簧的节距对强化传热效果的影响。模拟结果显示：弹簧管内流体呈螺旋流动状态,管壁附近流体切向速度和径向速度有一定程度的提高,从而加剧了管内流体的混合及边界层的扰动,充分换热,弹簧管进出口温度差较光管有所增加,最高增加了0.9 ℃;相同雷诺数条件下,内置螺旋弹簧换热管Nu数均高于光管,而压降和阻力系数相比光管有明显增加,随着弹簧节距减小换热增强而摩擦阻力系数增加。     

矩形自支撑缩放管换热器强化传热的结构优化

在新型换热器--矩形自支撑缩放管换热器的基础上,通过FLUENT软件利用三维数值模拟的方法分别研究在缩放段长度比例保持不变的情况下,缩放节距及缩放肋高对换热器管程、壳程及整体综合传热性能的影响,并得出缩放管的优化尺寸。研究表明:对于换热器管程和壳程,缩放节距l越小,换热效果越好,阻力也越大,壳程在l=16.5 mm 时综合传热性能达到最佳,而管程则在l=9 mm时综合传热性能最好;缩放肋高h越大,二者的换热效果越好,阻力也由于管子的粗糙程度增加而变大,此时综合传热性能管程在h=1.25 mm时最好,壳程则在h=0.5 mm时最好。引起这些变化的原因主要是由于随缩放节距与缩放肋高的增加,管程和壳程通道内的回流区不断增加,在回流区的增加造成阻力增加的同时,也改善了速度场与温度场的协同性,从而使二者的传热性能增强。最后将管程和壳程作为一个串联的整体进行综合考虑,得到整个换热器的综合传热性能在l=15 mm,h=0.75 mm时达到最佳,综合因子η=1.136~1.155(壳侧Re=27900~41900)。     

含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验

为了进一步提高不含固体颗粒流体旋流场强化传热,开展含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验,研究颗粒浓度、粒径、Re数等因素对3种扭曲管的综合强化传热性能的影响。结果表明:液固流体换热性能随着颗粒浓度、粒径、Re数的增大而提高。与单相流体比较,当粒径2 mm、颗粒浓度分布1%时,相同Re数下3种扭曲管的Nu数平均提高12.91%,13.12%和15.23%,管内流体压降平均提高60.22%,67.23%和73.16%。通过综合性能评价因子分析,当粒径为2—5 mm、颗粒浓度分布为5%,扭曲管导程为200 mm、椭圆度为1.49时具有较好的综合性能。     

Heat transfer and friction factor of Therminol liquid phase heat transfer fluid in a ribbed tube

Experiments and simulations on flow and heat transfer behavior of Therminol-55 liquid phase heat transfer fluid have been conducted in a ribbed tube with the outer diameter and inner diameter 25.0 and 20.0 mm,pitch and rib height of 4.5 and 1.0 mm.respectively.Experimental results show that the heat transfer and thermal performance of Therminol-55 liquid phase heat transfer fluid in the ribbed tube are considerably improved compared to those of the smooth tube.The Nusselt number increase with the increase of Reynolds number.The increase in heat transfer rate of the ribbed tube has a mean value of 2.24 times.Also,the pressure drop results reveal that the average friction factor of the ribbed tube is in a range of 2.4 and 2.8 times over the smooth tube.Numerical simulations of three-dimensional flow behavior of Therminol-55 liquid phase heat transfer fluid are carried out using three different turbulence models in the ribbed tube.The numerical results show that the heat transfer of ribbed tube is improved because vortices are generated behind ribs,which produce some disruptions to fluid flow and enhance heat transfer compared with smooth tube.The numerical results prove that the ribbed tube can improve heat transfer and fluid flow performances of Therminol liquid phase heat transfer fluid.     

环形通道内置螺旋线圈过冷流动沸腾传热特性

研究了置有螺旋线圈的内管加热环形通道中水的过冷流动沸腾传热特性。环形通道由铜制加热棒外套石英玻璃管构成,不同螺旋节距和线丝直径构成的5种螺旋线圈用于实验。对每种置入螺旋线圈管和光滑管分别进行了不同质量流速和热负荷下的16组实验,分析了线丝直径和线圈节距对传热系数的影响规律及机理。结果表明,螺旋线圈存在能使流体发生旋转分离,且使汽化核心密度增大,从而有效强化过冷沸腾换热;传热系数随着线圈节距的减小、线丝直径的增加,即节径比(P/e)减小而增大,当P/e最小为1.5时强化效果最好;最佳强化换热性能较光滑管的高出109%。将实验数据与4个经验关系式的预测值进行了比较,并给出了不同工况下各实验管的强化系数对比。     

旋液流态化流体阻力与传热的试验研究

摘要对某公司换热器的运行情况。采用旋液流态化技术设计了模拟试验方案。首先在φ57mm×3．5mm×2000mmPVC管内进行旋液流态化清洗试验,然后在碳钢管上内置不同螺距的钢丝螺旋线进行流体阻力测试,并进行旋液流态化与空管的对比传热试验。结果表明：旋液流态化技术清洗管道中人工污垢只需时间145s,没有发生粒子沉积和堵塞的现象,安全可靠性好;旋液流态化流体阻力△p随着Re的增大而增大,摩擦系数随着Re的增大而减小,流体总阻力48．7kPa低于供水压力,总传热系数平均提高幅度13．3％,强化传热效果好。     

缠绕管式换热器壳程强化传热性能影响因素分析

由于内部流场信息缺乏，结构参数对流体流动的影响规律不明确，致使缠绕管式换热器壳程强化传热机理不明晰，阻碍其设计准则的进一步规范化和通用。针对上述问题，对缠绕管式换热器壳程流体流动进行几何建模及数值模拟，并通过文献中实验数据进行验证，进而基于该模型对壳程流体流场特性进行详细分析，分析关键结构参数对其壳程传热与阻力性能的影响，并探讨其强化传热机理。结果表明：Realizable k-ε湍流模型可较为准确地描述壳程流体流动；在双对数坐标系内，壳程Nusselt数随Reynolds数的增大而增大，阻力系数f则呈线性降低的趋势；壳程Nusselt数随缠绕管直径d与平均缠绕直径D的增大而增大，随螺距S的增大而减小，阻力系数f则相反；缠绕管直径d对壳程流体传热与阻力性能的影响最大，平均缠绕直径D的影响最小；增大缠绕管直径d与平均缠绕直径D有利于破坏流体速度边界层，增强流体扰动，加快温升速度，强化壳程传热，而增大螺距S则使速度边界层变厚，减小流动阻力的同时降低温升速度，不利于壳程强化传热。     

三叶孔板换热器热力性能及其影响因素分析

建立了三叶孔板换热器壳程周期性全截面模型,利用商用软件Fluent14.0及RNG k-ε湍流模型对8种不同结构参数的换热器壳程流体流动及传热性能进行数值模拟。分析了支撑板间距、三叶孔孔高、导流筒结构形式等结构参数对三叶孔板换热器传热及阻力性能的影响,并对比不同结构换热器的综合换热性能。结果表明：壳程传热系数与压力梯度都分别随着支撑板间距和开孔高度的增加而减小,且支撑板间距和三叶孔孔高对三叶孔板换热器壳程压降的影响大于其对传热的影响;六边形结构的导流筒换热器换热性能优于圆形导流筒换热器;8种换热器模型中,支撑板间距400mm、三叶孔高3.3mm（模型4-2）的换热器综合性能最好,支撑板间距400mm、三叶孔高1.8mm（模型2-2）的换热器综合性能最差。     

管束结构对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响

在模化试验验证的基础上,对不同横向管间距S₁、纵向管间距S₂和椭圆管长短轴比a/b的开缝翅片椭圆管换热器进行了数值模拟,分析了管束结构的差异对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响。结果表明：横向管间距在60.55～70.55 mm范围内,空气侧Nu和Eu均随S₁减小而增大,S₁为60.55 mm时换热器综合流动传热性能最好;纵向管间距在65～75 mm范围内,空气侧Nu随S₂减小而增大,Eu变化不明显,S₂为65 mm时换热器综合流动传热性能最好;横向管间距对开缝翅片椭圆管换热器传热、流动性能的影响较纵向管间距更为明显;在等周长条件下,椭圆管长短轴比a/b在1.5～2.5范围内,a/b为1.8时换热器综合流动传热性能最好。研究成果可为此类换热器在工程实际中的应用与进一步优化提供依据。     

复合多孔表面管竖直管束在液氮中的沸腾传热

复合Gewa-T多孔表面管是在机械加工Gewa-T表面上再覆盖一层烧结多孔层而形成的强化传热管,针对复合Gewa-T多孔表面管竖直单管和管束在液氮池中的核态沸腾进行了实验研究,通过改变管束管间距、热负荷等得到了不同情况下的管束沸腾传热特性.沸腾的最佳管间距与管外径比为1.2,此时管束沸腾特性优于单管.     

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.     

Heat transfer augmentation in a circular tube with winglet vortex generators☆

The article presents the influence of winglet vortex generators (WVGs) placed in the core flow area on ther-mal performance enhancement of a tube heat exchanger. The experiment was carried out in a uniform wall heat-fluxed tube by varying turbulent alrflow for Reynolds number ranging from 5300 to 24000. In the pres-ent work, the WVGs with an attack angle of 30° were inserted into the test tube at four different winglet pitch ratios (RP=P/D) and three winglet-width or blockage ratios (RB=e/D). The experimental results at various RP and RB values were evaluated and compared with those for smooth tube and tubes with twist-ed tape or wire coil. The measurement reveals that the WVGs enhance considerably the heat transfer and friction loss above the plaln tube, wire coil and twisted tape. The Nusselt number and friction factor increase with the increment of RB and Re but with the decreasing RP. The average Nusselt numbers for the WVGs with various RB are in the range of 2.03–2.34 times above the plaln tube. The thermal performance for the WVGs is found to be much higher than that for the wire coil and twisted tape and is in a range of 1.35–1.59. Also, a numerical investigation is conducted to study the flow structure and heat transfer enhancement mecha-nisms in the winglet-inserted tube.