扭带强化传热技术研究进展

扭带作为一种有效的传热强化元件,常用于旧型换热器的升级与改造。文章从节约能源这个主题出发,详细概括了管壳式换热器中传统扭带的强化传热机理、传热与流动规律,并对近期出现的异形扭带及传统扭带的不同应用进行了较为系统的归纳,最后对扭带传热元件的发展现状及前景作出了总结及展望。     

纳米流体在内置扭带管中的流动传热特性研究进展

随着世界能源消耗与日俱增,能源短缺问题已经成为当下不得不解决的难题。而换热过程往往伴随着大量的能源浪费,所以提升换热效率势在必行。扭带内插物作为常见的被动强化换热元件由于其操作简单、成本低的特点成为换热行业的宠儿。另一方面,纳米流体作为新兴换热工质,其良好的热物性能也让研究人员找到了方向,从而将扭带内插物与纳米流体结合,实现双重强化换热,大大提升了换热效率。     

纳米颗粒粒径对内置扭带螺旋管传热特性的影响

基于纳米流体单相数值模拟方法,对纳米流体协同扭带插入物强化螺旋圆管传热特性进行研究,分析了进口流速0.01~0.07 m/s范围内,纯水以及纳米颗粒粒径为30、40、50、60 nm的Al_2O_3水基纳米流体对内置扭带插入物螺旋圆管努塞尔数的影响。结果表明,纳米流体可以提高努塞尔数,提升效果随着纳米颗粒粒径的减小而增加。通过场协同分析,热流场和速度场的协同程度验证了上述结果。     

高黏度流体的传热强化研究进展

介绍了高黏度流体广泛应用于食品、轻工、动力、石油、制冷、机械、船舶等领域,而高黏度流体换热过程普遍存在着传热系数低、压降大的缺点。分析已发表的相关研究报告表明,采用带有沟槽和翅片的传热管、换热管的结构或在管内加设各种结构的插入物等方式可以改善高黏度流体的传热性能。指出采用上述方式的合理组合能达到提高传热系数同时减小压降的目的,从而提高综合传热性能。     

齿边穿孔扭带对管内强化传热的实验研究

研究新型扰流元件--齿边穿孔扭带插入换热管中强化传热的情况,考察影响传热效果的三个因素:孔径、孔距、扭矩。并通过对比实验,分析在换热管中分别插入齿边穿孔扭带、穿孔扭带与无孔扭带时,强化传热的效果。     

单位熵产分析法在强化传热研究中的应用

引言在余热利用、锅炉、加热炉等设备的设计中需要选择合适的方法强化受热面传热,达到缩小装置体积和优化装置性能的目的。选择强化传热方法的一个重要原则就是分析装置热力性能是否达到优化。目前强化传热热力性能的分析方法有不少,主要包括直接比较法和以热力学第一定律为基础的能量分析法等。用上述方法评价分析传热的综合热力性能,虽然直接方便并可获得确定的结果,但由于分析中没有将传热性能和流动性能有机地结合,没有考虑能量质的变化,因而其结果与实际换热工况会产生一定的差别,有时不能很好地解决能量有效利用的综合评价问题…     

自转螺旋扭带管内三维流动与传热数值模拟

建立了内置自转螺旋扭带管的三维流动模型,采用RNG k-ε湍流模型对管内流场进行了数值模拟,得到了流体的流动和传热特性.研究表明：自转扭带管内的流动是复杂的三维螺旋流动.流体在扭带与管内壁环缝区域的轴向速度比光管的大;流体在与扭带宽度等直径范围内的切向速度随半径的增大而增大,流体在扭带与管内壁环缝区域内也存在明显的切向速度,但随半径的增大而减小;而光管内流体的流动只有随机的切向运动,且其切向速度要比扭带管内的切向速度小2个数量级;扭带管流体的径向速度和湍流度也比光管的大.扭带管内流体近管壁区域轴向、切向、径向速度和湍流度的加大,强化了管内的对流传热,其表面传热系数大于光管.另外,速度场的模拟值与激光测试值进行了比较,二者吻合较好.     

管内强化传热性能的熵产分析与性能评价

通过热力学第一、第二定律,对管内对流换热综合性能进行熵产分析和评价.建立了一种基于流动与传热过程熵增原理的统一分析方法,在等壁温边界条件下进行熵产分析.并以文献中内翅片管的强化传热作为应用,分别对相同流量、泵功、压降在等热负荷限制下进行强化传热性能评价.结果表明：对于给定的管道,量纲1熵产数只与流动Reynolds数和进口与壁面的温度差有关.利用该分析方法不仅可通过参数分析获得几种强化方式的能量综合利用效果,还可确定合理的流动工况参数、结构参数和合理的强化形式.     

波纹管内插扭带强化传热三维数值模拟

利用流体力学软件FLUENT对波纹管与扭带结合时的流场和温度场进行了数值模拟,考察了结构参数及操作参数对流动及传热的影响并根据模拟结果得到了拟合公式。将其与光管及普通波纹管传热性能进行了对比,结果表明:在入口雷诺数5 600—57 000的范围内,相比光管Nu数提高了80%—239%,摩擦因子提高了661%—890%,波纹管5.3%—44%,70%—168%,综合评价因子PEC-1为0.897—1.726,且随雷诺数增加呈递减趋势。插入扭带扭率为4时综合强化效果最佳,最佳强化效果出现在雷诺数6000左右。     

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。     

装填有矩形切口螺旋带的管中的湍动传热和压降(英文)

Heat transfer, friction factor and thermal enhancement factor characteristics of a double pipe heat exchanger fitted with square-cut twisted tapes (STT) and plain twisted tapes (PTT) are investigated experimentally using the water as working fluid. The tapes (STT and PTT) have three twist ratios ( , 4.4 and 6.0) and the Reynolds number ranges from 2000 to 12000. The experimental results reveal that heat transfer rate, friction factor and thermal enhancement factor in the tube equipped with STT are significantly higher than those fitted with PTT. The additional disturbance and secondary flow in the vicinity of the tube wall generated by STT are higher compared to that induced by the PTT is referred as the reason for better performance. Over the range considered, the Nusselt number, friction factor and thermal enhancement factor in a tube with STT are respectively, 1.03 to 1.14, 1.05 to 1.25 and 1.02 to 1.06 times of those in tube with PTT. An empirical correlation is also formulated to match with experimental data of Nusselt number and friction factor for STT and PTT.     

自旋扭带强化传热及旋转特性

旋转扭带是在固定式扭带基础上发展而来的, 因其特殊结构所以能在管内流体作用下产生自旋效果。本文对自旋式扭带旋转特性及强化传热特性进行研究。通过理论及实验研究管内自旋扭带旋转特性后得出:扭率越小, 扭带克服阻力起始旋转需要的流体速度越小;扭带转速与管内流体流速呈一次线性关系, 且扭带节距不变时线性比例基本保持不变。通过实验研究后得出:自旋扭带能达到很好的强化传热性能, 扭率越小其强化传热性能越明显, 同时阻力特性也越明显, 在雷诺数为4×10³～4×10⁴、扭率为3～8时, 换热管内摩擦因子增至1.7～3.5倍, 努赛尔数增幅为10%～37%。本文使用评估指标η对扭带进行综合评价, 得出扭率为7的自旋扭带具有最佳的综合性能。并分别拟合出摩擦因子及努赛尔数与雷诺数、扭率之间的关联式, 提出一种工程上自旋扭带选型方法。     

换热管内置螺旋形扭带阻力与传热特性的实验研究

为了研究螺旋形扭带阻力与传热特性,选取了不同宽度（6、7和8 mm）的3种扭率（2.0、3.0、4.0）、3种螺距比（1.5、2.0、2.5）的参数组合下共27根螺旋形扭带插入换热管内进行实验.实验结果表明,插入螺旋形扭带后换热管内流动阻力和传热效果都有明显提高.通过对实验数据的多元线性回归分析,建立了相应的阻力系数和努赛尔数关联式.并且由强化传热综合性能评价分析,在实验雷诺数范围内得出强化传热综合性能评价因子φ=1.063～1.587,证明了实验研究的扭带具有强化传热的应用价值.     

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。     

螺旋扭曲扁管换热器传热与流阻性能试验研究

对4种不同结构的螺旋扭曲扁管换热器的管程和壳程传热与流阻性能进行了试验研究,并和采用圆管作为换热管的弓形折流板换热器进行了比较,根据试验数据回归出反映螺旋扭曲扁管换热器管程和壳程传热与流阻特性的关联式。研究结果表明,螺旋扭曲扁管换热器管程与壳程都有较好的强化传热性能,螺旋扭曲扁管的几何尺寸和流体Re对其管、壳程传热与流阻性能有重要影响。     

扭曲椭圆管换热的壳程强化传热特性

通过搭建扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能测试平台,对扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能进行了实验测试,以实验数据为基础对前人得到的壳程传热与压降性能计算准则关系式的应用范围进行了分析,同时拟合得到了测试用扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能计算准则关系式,设计了与测试扭曲椭圆管换热器结构类似的折流板换热器以及折流杆换热器,采用相关计算方法对换热器的传热与压降性能进行了计算和比较,并分析了3台换热器的综合性能,结果显示扭曲椭圆管换热器传热效果好、压降低,具有很好的工业应用前景。     

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。     

扭曲椭圆管换热器技术进展及其应用

介绍了扭曲管换热器的结构特点、强化传热机理,总结了关于扭曲管换热器管程以及壳程流场的分析,同时介绍了相关分析方法和研究成果,同时从换热器设计制造的角度,对目前已有的扭曲管换热器管程、壳程传热计算公式进行了总结和分析,在扭曲椭圆管换热器目前研究状况的基础上,介绍了某厂采用扭曲椭圆管凝汽器的运行效果,结果表明:在一定情况下,扭曲管换热器的冷凝换热效果同样优于传统的折流板换热器,具有很好的推广应用前景。     

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。