内置组合转子换热管综合传热性能的数值模拟研究

通过对光管、内置螺旋两叶片和内置加轴螺旋两叶片两种结构组合转子的换热管的综合传热性能进行了三维模拟,分析了换热管内部的流场、速度场、温度场以及压力场,得到了管内流体的阻力特性和传热特性。模拟结果表明,内置组合转子换热管内的三维流动复杂,且有较强的湍动程度;相同雷诺数条件下,装有螺旋两叶片转子和加轴螺旋两叶片转子换热管的努赛尔数分别比光管提高了(1.32¹.35)倍和(1.431.35)倍和(1.43¹.47)倍,但引起的管内阻力系数也分别比光管增加了(134.61.47)倍,但引起的管内阻力系数也分别比光管增加了(134.6¹44.)8%和(126.5144.)8%和(126.5¹34.8)%。可见,加轴螺旋两叶片转子对换热管内传热能力的提高更为显著,同时也产生了一定的管内阻力,为综合考虑传热和阻力两方面因素,引入了综合评价指标(PEC)。对两种转子的综合评价指标值进行对比,加轴螺旋两叶片转子的综合传热性能更好。     

内置旋转扭带换热管的传热强化机理

针对换热设备的低效率和污垢沉积问题,研究开发具有强化传热和污垢在线清洗双重功效的旋转清洗扭带技术.提出旋转扭带强化传热的机理包括:①换热管当量直径减少效应强化.②近管壁区域流速加大效应强化.③螺旋线流动流速加大效应强化.④二次流流速增大效应强化.对旋转扭带的这些强化传热机理进行理论分析,建立湍流工况下强化传热的努塞尔数预测关联式.研究结果表明:当扭率大于等于10时,当量直径减小效应和近管壁区域流速加大效应是传热强化的主要控制机理;当扭率小于10时,螺旋线流动流速加大效应是强化传热主要控制机理.二次流流速加大效应对强化传热的贡献与其他三种机理相比相对较弱,只有在扭率小于等于1时,对强化传热的贡献份额才比较大.对内置旋转扭带换热管的努塞尔数预测值与试验值进行了比较,两者吻合较好.     

内置扭带换热管三维流动与传热数值模拟

对自转扭带换热管内流体的运动进行了分析,根据流体在自转扭带管内的切向运动特点,提出将自转扭带等效虚拟于静止扭带的思路。建立内置螺旋扭带换热管流体流动的三维物理模型,采用大型CFD软件FLUENT6.0中的RNG k-ε模型对内置扭带换热管内的流动与传热进行了数值模拟,得到了内置扭带换热管流体流动的速度、压力、湍流强度场分布规律及传热特性。比较了静止、旋转及旋转等效虚拟静止扭带换热管的传热和阻力降特性,分析了不同螺距对强化传热和阻力降的影响。速度场的模拟值与激光测速仪试验值进行了比较,二者吻合较好。     

截面形状对疏水性微肋阵内减阻特性的影响*

在截面为圆形、菱形和椭圆形微肋阵内涂覆不同性能的疏水性涂层,形成疏水性微肋阵。去离子水在疏水性微肋阵内表面的接触角分别为99.5°、119.5°和151.5°。测试去离水以不同流速流经疏水性试验段流道内压力降和摩擦阻力系数。试验结果表明,在相同的接触角和流量下,圆形微肋阵内压力降最高而椭圆形最低;当接触角为99.5°,雷诺数Re低于600时,椭圆形微肋阵内减阻率要高于菱形和圆形微肋阵,当Re>600时前者要低于后两者。随着接触角的增大,圆形内减阻率要明显高于菱形和椭圆形微肋阵,菱形和椭圆形微肋阵在低Re下较为接近,在高Re下前者的减阻率要高于后者;表面疏水性处理能够显著降低摩擦阻力,同时推迟流动分离和尾流区转捩,因此对于分离较早、压差阻力较大的微肋阵的减阻效果更加明显。     

螺旋槽管内传热及阻力特性的数值研究

为了深入分析螺旋槽管内传热及阻力特性,基于Fluent对16根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究。分析了雷诺数Re、槽深e和螺距p对螺旋槽管内传热及阻力特性的影响,结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10000~45000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍,且随Re的增加而增加;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍,随Re的增加而减小;Nu和f随e的增加而增加,随p的增大而减小。通过回归分析,得到了螺旋槽管传热和阻力的准则关联式,供相关工程设计参考。     

基于场协同的缩放管管外强化传热数值模拟

为研究缩放管管外强化传热性能,利用CFD软件对缩放管和光滑管管外对流传热进行了数值模拟。模拟结果表明:两种管外换热系数都随Re增加而增加,同种工况下缩放管管外侧传热系数是光管的1.5~1.8倍,但随着Re的进一步增大,强化传热有所减弱。最后,应用温度场和速度场的协同理论分析强化传热机理,结果表明:缩放管管外速度场与温度场之间夹角较小,协同程度好,从而达到强化传热目的。     

螺旋花柄管流动和传热特性数值模拟研究

对制冷剂R134A在花柄管管内单向流动传热特性及温度场进行CFD数值模拟研究,结果表明:在同一质量流速下,螺旋花柄管的努塞尔数和阻力系数均随螺旋导程的增加而降低,在同一螺旋导程下,螺旋花柄管的努塞尔数和阻力系数均随质量流速的增加而增加,当PEC1时,螺旋花柄管的综合性能均高于花柄管,在螺旋花柄管内流体做旋流运动,有效增加了湍流程度,提高了换热效率,且螺旋流动可有效避免结垢。     

换热管内置塑料扭带阻力及转动特性的试验研究

换热管内王自旋扭带能够起到在线除垢防垢和强化传热的双重作用,是换热器节能降耗的有效途径之一.为了研究扭带的主要结构参数对扭带阻力及转动特性的影响,将9根不同结构参数的塑料扭带安置到换热管,比较在不同流速下,扭带管的压力降和扭带转速的变化规律.用多元线性回归方法.推导出了实验状态的扭带阻力、扭带转速关联式.结果表明,除流速外,扭带节距和带宽是影响压力降增量的主要因素;扭带节距是影响扭带转速的主要因素.为以后有效制作和选取扭带提供了理论依据.     

热量运输机理及在管内螺带强化传热的应用

在较小流速和较低粘度的假设条件下,通过对流体微元能量方程变换,提出热量运输的观点.据此观点分析影响对流传热的主要因素并发展场协同理论.对螺带插入换热管内的流体受力情况进行分析,指出各个力对流场的影响.结合热量运输的观点,提出改善管内流动阻力、提高综合传热效率的方法.运用数值模拟得到管内流体流动和传热特性的分布规律.分析表明螺带后光管长度大约500～600 mm时,此段光管具有最大的综合传热系数.分析还表明在较长换热管条件下,螺带插入长度有更大的调整空间,可根据实际情况调整螺带长度以获得较大的传热系数或者较低阻力损失,而综合传热系数依然保持较高水平.证实了在热量运输机理指导下开发新的强化传热结构的可行性.     

纵向涡发生器在空气预热器中的强化传热数值模拟研究

针对空气预热器中传热性能低下的问题,将纵向涡器运用于空气预热器热管内,以烟气为介质,运用计算软件FLUENT进行数值模拟,研究在不同Re数下,涡发生器对管内烟气的传热及流动阻力的影响,比较了不同攻角及翼高与管内半径之比的直角三角翼涡发生器强化换热效果,并与光管的换热系数和阻力系数进行了对比。分析表明,纵向涡发生器能明显提高换热性能,在所研究的纵向涡发生器中,攻角为45°时,涡发生器强化传热效果较好。随着Re数的改变,具有最佳传热效果的涡发生器结构也会有所不同。     

Prediction of the heat transfer performance of twisted tape inserts by using artificial neural networks

Journal of Mechanical Science and Technology - A numerical study is undertaken to investigate the effect of twisted tape inserts on heat transfer. Twisted tapes with various aspect ratios and...     

扭曲管管内传热及流动特性数值模拟

扭曲管是应用于制冷行业中新型管壳式换热器的高效换热管,强化了管内传热,壳程不设折流板以降低壳程流阻。本文通过数值模拟研究了扭曲管管内传热及流动特性。通过建立不同规格的扭曲管物理模型,得出扭曲管的扭曲程度S/de越小、截面压扁程度Ai/Bi越大,扭曲管的强化传热性能就越好,但是同时流阻也会增大;反之则相反。     

钉头管自支承式换热器壳程性能研究

对钉头管自支承式换热器钉头纵向间距分别为20,35和50mm的三种钉头管-光管混合管束进行了壳程性能试验研究,并与纯光管管束试验进行了比较,得到了钉头管自支承式换热器的壳程摩擦阻力系数和传热膜系数的回归关联式。研究结果表明钉头管自支承式换热器具有良好的壳程强化传热性能,当1000≤Re≤4295时,以钉头纵向间距s=35mm的混合管束的α／Δp性能最优,其平均值比光管管束提高了34％。     

新型高效扭曲管双壳程换热器的研制

应用计算流体力学模拟了不同扭距下扭曲管的传热性能。通过实验室测试并比较扭曲管换热器和弓形折流板换热器的传热性能差异;介绍了扭曲管双壳程换热器的结构设计创新。通过工业试验产品在某厂的成功应用,验证了该新型高效扭曲管双壳程换热器的综合强化传热能力比传统折流板换热器提高30％～40％,节能效益显著,工业应用前景广阔。     

Performance assessment of turbular heat exchanger tubes containing rectangular-cut twisted tapes with alternate axes

Journal of Mechanical Science and Technology - This paper describes the numerical results of the heat transfer enhancement mechanism of tubes containing rectangular-cut twisted tapes with alternate...     

螺旋扁管冷凝器强化传热评价与应用

提出了螺旋扁管强化传热评价指标.通过实验,得出了螺旋扁管强化传热及阻力性能特性.结果表明,在较低Re下螺旋扁管强化传热效果较好,在传热的同时,使流动阻力系数增大,其增长幅度基本上与传热系数增长幅度相同.     

发热球体绕流的强迫对流传热试验研究

应用激光全息干涉仪并配合红外扫描热象仪，测量了空气绕流球形发热体的温度场，以研究模拟固体颗粒燃烧发热条件下的传热特性及其影响因素。通过试验，获得了球体局部换热数Ｎｕ沿球极θ角的分布，球体平均换热数，及Ｎｕ和受和Ｔ＿ｓ／Ｔ＿０影响的经验关系式。     

螺旋折流板与弓型折流板强化管换热器的传热性能对比

以油-水换热为对象,比较了螺旋折流板与弓型折流板三维翅片管换热器的壳程传热与压降性能.试验结果表明,2台实验换热器的壳程努塞尔特常数和压降都随雷诺常数的增加而增加,但螺旋折流板三维翅片管换热器的努塞尔特常数随雷诺常数的变化更明显.在相同雷诺常数下,螺旋折流板换热器的努塞尔特常数是弓型折流板换热器的1.2～1.5倍,而压...     

Contrastive experimental study on heat transfer and friction characteristics in steam cooled and air cooled rectangular channels with rib turbulators

The present experiment compares the heat transfer and friction characteristics in steam cooled and air cooled rectangular channels (simulating a gas turbine blade cooling passage) with two opposite rib-roughened walls. The Reynolds number (Re) whose length scale is the hydraulic diameter of the passage is set within the range of 10000–60000. The channel length is 1000 mm. The pitch-to-rib height ratio, the channel aspect ratio and the channel blockage ratio is 10, 0.5 and 0.047, respectively. It is found that the average Nu, the average friction coefficient, and the heat transfer performance of both steam and air in the ribbed channels show almost the same change trend with the increase of Re. Under the same test conditions, the average Nu of steam is 30.2% higher than that of air, the average friction coefficient is 18.4% higher, and the heat transfer performances of steam on the ribbed and the smooth walls are 8.4% and 7.3% higher than those of air, respectively. In addition, semi-empirical correlations for the two test channels are developed, which can predict the Nu under the given test condition. The correlations can be used in the design of the internal cooling passage of new generation steamcooled gas turbine blade/vane.