斜截半椭圆柱面涡流发生器强化换热和压降特性的试验研究

在矩形通道内布置一对斜截半椭圆柱面涡流发生器(高宽比h/b=1/2),通过改变斜边倾角α、来流攻角β、前沿间距S、布置方式以及顺列、错列两排涡流发生器研究不同工况下的换热和压降特性.试验雷诺数范围为Re=700～26 800.结果表明,在试验条件下α=12°时的换热效果要好于α=20°,Re=1 300时两者的最高局部对流换热系数分别比平直通道高19.7%和10.7%,Re=26 800时分别为23.2%和18.33%.斜截半椭圆柱面涡流发生器(α=12°)的最优攻角为β=60°,最优前沿间距为S= 20 mm.当Re=26 800,β=60°,S=20 mm时的最高局部对流换热系数约比平直通道高23.2%,压力损失约比平直通道高33.7%.雷诺数较小时,由于回流滞止区的影响,布置两排涡流发生器后,换热效果反而弱于单排.随着雷诺数增大到4 000,双排涡流发生器的换热效果要明显优于单排,Re=26 800时,最高局部对流换热系数约比单排涡流发生器高14.4%,比平直通道高33.4%.通过试验得出斜截半椭圆柱面涡流发生器在β=60°,α=12°时的涡旋作用距离大约在250～300 mm.     

涡流发生器强化换热和压降特性的实验设计

针对强化气侧换热是提高换热器效能的关键,设计建立了研究涡流发生器强化换热性能和压降特性的实验测试系统。通过对涡流发生器强化换热机理及压降特性的分析,建立了研究不同结构和尺寸的涡流发生器的实验装置,并详细介绍了实验方案和程序。实验采取的是气-水逆流换热装置,空气、热水入口温度在基本保持不变的情况下,测量换热板壁面温度、气水进出口温度、水流量、风速和气侧压降,研究不同工况下涡流发生器的强化换热性能和压降特性。可选取不同形状的涡流发生器进行对比性实验和优化实验,以更好地评价涡流发生器的性能,为涡流发生器的模型优化和改进提供实验基础。     

矩形通道中不同涡流发生器对换热和压降的影响

对矩形通道内布置单排一对直角三角翼、矩形翼等以及研制的斜截半椭圆、半圆柱面涡流发生器的换热和压降特性进行了对比性实验。实验雷诺数Re在700～26800范围内,所有涡流发生器采用相同的高宽比、斜截倾角、迎流攻角和前沿间距。结果表明,斜截半椭圆柱面强化换热和压降综合性能最好。Re为700、4000和2×104时,最高局部换热系数分别约比平直流道增加了16.9%,9.3%,11.4%。斜截半椭圆柱面的阻力损失比矩形翼要小得多,Re为2×104时,约比矩形翼低37.9%。经分析,斜截半柱面涡流发生器能够产生端部涡和根部马蹄涡系,具有优越的强化换热效果,且由于其流线型柱面而压降较低。柱面相对柱体加工简单,制作方便。