新型矩形翼纵向涡发生器流动与换热实验研究

在矩形翼的侧面粘贴一个小矩形辅翼,构成一种新型矩形翼纵向涡发生器,称为组合翼。在压力损失相等的条件下,通过实验比较了矩形通道内组合翼与原始矩形翼纵向涡发生器的流动与换热特性。结果表明:对于原始矩形翼,其最佳攻角为45°;与矩形翼相比,组合翼的换热明显增强,且阻力系数减小,尤其当辅翼布置在矩形翼的上游时换热增强与阻力系数减小效果更加明显;研究范围内,辅翼攻角为30°时的流动与传热综合效果最佳。     

纵向涡发生器传热强化的研究进展

通过对纵向涡发生器研究进展的回顾,可以看出以往的研究主要集中在纵向涡发生器对气体介质的传热强化上,而对液体介质的传热强化作用的研究较少.运用场协同原理对纵向涡的产生和传热强化作用机理作出了初步解释.下一步的研究工作首先应对纵向涡发生器的几何尺寸进一步优化,其次针对矩形窄通道内液体的强化传热进行深入研究,最后以水为介质时,针对纵向涡发生器对窄间隙矩形通道内临界热流密度的影响机理进行研究.     

通道内设置涡发生器时的强化传热研究现状与展望

随着强化传热技术的研究发展，各种形式的涡发生器的强化传热效果日益受到国内外的重视。文章比较全面地介绍了近年来国内外关于通道内布置各类涡发生器时的强化传热研究状况，并提出了有待进一步开展的研究内容。     

不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟

利用三维数值模拟的方法对带有3种异形纵向涡发生器的H型翅片椭圆管换热器的空气侧流动传热特性进行研究。基于H型翅片椭圆管束,讨论了在不同雷诺数下,纵向涡发生器的摆放位置、摆放攻角和形状对空气侧流动传热的影响。研究表明:纵向涡发生器能够将高能量的流体引向流速较低的壁面区域,使冷热流体之间的混合加剧,增强流体的湍流动能,进而达到强化传热的效果;与无纵向涡发生器的管束相比,带纵向涡发生器管束的传热效果有明显的提高;当纵向涡发生器后置时,换热器的传热效果最优;在雷诺数相同,攻角为30°时,流体的传热性能和阻力特性均达到最优;相同攻角摆放时,椭圆角矩形发生器的传热性能和阻力因子均优于其他两种形式的发生器。研究结果为烟气余热回收系统换热器传热性能强化提供理论依据。     

纵向涡发生器强化传热管的实验研究

介绍了一种高效强化传热管,沿传热管内壁轴向均匀排布三列成对的纵向涡发生器,在常壁温条件下进行加热空气在管内流动的冷却实验,研究强化传热管的传热和阻力特性。结果表明,在过渡流区管内置纵向涡发生器的强化传热大大增强,Nu增大为光管的2.02.3倍,阻力损失也相应有所增加,提出一种比较优化的发生器的形状设计,探讨了传热和阻力随设置间距变化的规律。     

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。     

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。     

矩形管内纵向涡强化传热研究

将纵向涡强化换热技术应用于矩形管槽,研究以水为换热介质在过渡流状态下的换热效果。实验结果表明有纵向涡发生器的换热效果明显优于无纵向涡发生器的情况。利用PHEON ICS计算软件对实验进行数值模拟,模拟值与实验值符合较好。在此基础上,改变纵向涡的翼高和形状来模拟,发现两者均为换热影响的因素,相比之下,高宽比为0.4纵向涡发生器的换热效果比高宽比为0.5和0.6的要好。而采用相同高宽的矩形翼时,N u高于三角翼,但其换热性能指标却低于直角三角翼。     

多排纵向涡发生器强化竖直平板自然对流换热的实验研究

对多排纵向涡发生器对竖直平板自然对流的强化效果进行了研究。结果表明，在一定Rayleigh数范围内，直角三角翼纵向涡发生器的翼高、翼宽以及多排布置的阵列方式是影响强化换热的主要因素。在高宽比一定的情况下，存在最佳翼高。发现多排布置时LVG阵列方式的不同会影响换热效果；且要使得整个板的强化换热效果达到最佳，应选择沿竖直发热板长度方向间隔的布置多排LVG，并适当拉大间隔距离。     

矩形通道内冲孔矩形小翼涡流发生器的流动换热特性

雷诺数Re=214～10 703时,通过数值模拟方法对布置有冲孔和无孔的两种矩形小翼涡流发生器的矩形通道进行了传热和流阻特性的研究。计算结果表明:在低雷诺数下,冲孔矩形小翼涡流发生器的传热因子j值与无孔矩形小翼涡流发生器相差不大,而在高雷诺数下,冲孔涡流发生器的传热因子j值略低于无孔涡流发生器,大约低1.03%～3.05%。在相同的雷诺数下,无孔矩形小翼涡流发生器的阻力因子f大于冲孔涡流发生器,而且随着雷诺数的增大二者的差距也越来越大。通过对比综合性能指标可知,两种通道的综合性能指标均随着雷诺数的增加而减小,而且冲孔矩形小翼涡流发生器的综合性能要优于无孔矩形小翼涡流发生器。     

矩形通道干涸后膜态沸腾传热试验研究

在流动传热基础试验平台上进行了矩形通道干涸后膜态沸腾的传热试验,研究了各种热工水力参数对膜态沸腾传热的影响特性.结果表明:干涸后膜态沸腾是一个相对稳定的传热过程,其壁面温度不会出现明显的脉动;随着进口含汽率的增加,膜态沸腾热流密度减小,壁面温度升高,传热系数减小;随着质量流速的增大或系统压力的升高,膜态沸腾热流密度增大,壁面温度降低,传热系数增大.     

矩形通道中低肋涡流发生器抑垢效果分析研究

为了研究矩形通道内低肋涡流发生器抑垢效果特性,本文选用粒径为50 nm的MgO颗粒进行实验分析。通过安装低肋涡流发生器前后污垢热阻随时间的变化对比,改变低肋涡流发生器的高度、排列间距以及前后排列布置方式,对低肋涡流发生器的抑垢效果进行研究分析。实验结果表明:低肋涡流发生器以较小的压力损失作为代价,换取了较好的抑垢效果;低肋涡流发生器越高,抑垢效果越好;减小涡流发生器的间距,能够有效的抑制污垢沉积;前排列布置有更好的抑垢效果。     

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.     

Augmentation of Heat Transfer by Creation of Streamwise Longitudinal Vortices Using Vortex Generators

This paper summarizes the current state of the art related to improvement of the heat exchanger surfaces using streamwise longitudinal vortices. Primarily, the improvements related to fin-tube cross-flow heat exchangers and the plate-fin heat exchangers have been addressed. Protrusions in certain forms, such as delta wings or winglet pairs, act as vortex generators, which can enhance the rate of heat transfer from the heat-exchanger surfaces that may be flat or louvered. The strategically placed vortex generators create longitudinal vortices, which disrupt the growth of the thermal boundary layer, promote mixing between fluid layers, and hence lead to augmentation in heat transfer. The flow fields are dominated by swirling motion associated with modest pressure penalty. Heat transfer is augmented substantially for all the proposed configurations of the longitudinal vortex generators, such as delta wings, rectangular winglet pairs, and delta winglet pairs, with varying degree of pressure penalty. Both computational and experimental investigations on flow and heat transfer in the heat exchanger passages with built-in vortex generators are revisited and summarized.     

Experimental Study of Heat Transfer and Pressure Drop for H-type Finned Oval Tube with Longitudinal Vortex Generators and Dimples under Flue Gas

To enhance heat transfer and reduce fouling of the finned-tube surface in economizers of coal-fired power plants, heat transfer and pressure drop characteristics for H-type finned oval tube with longitudinal vortex generators (LVG) and dimples, both in-line and staggered arrangements, are studied experimentally under flue dust condition. In addition, the ash samples and heat exchanger surfaces after the test are analyzed to help understanding the ash fouling and tube wear mechanisms. Compared to the original H-type finned oval tube, the Nusselt number of H-type finned oval tube bank with longitudinal vortex generators and dimples is improved by 34.5–41.7% (in-line arrangement) and 28.1–31.7% (staggered arrangement) within the studied Reynolds numbers, while the Euler number is increased by 21.9–28.3% (in-line arrangement) and 19% (staggered arrangement) in the clean finned-tube surface state. In the stable fouling state, the Nusselt number is improved by 37.7–42.3% (in-line arrangement) and 27.8–45.1% (staggered arrangement), while the Euler number is increased by 22.9–25.2% (in-line arrangement) and 33.3–42% (staggered arrangement). The results show that the novel fin structures can both inhibit fouling and enhance heat transfer effectively.     

三角形涡发生器增强U型通道换热性能研究

将三角形涡发生器及导叶结构应用于U型通道中,以提高燃气轮机高温叶片内部换热性能.在验证分析方法正确性的基础上,数值研究了采用不同结构时U型通道内的流动及换热特性.与典型的布置斜肋的U型通道不同,三角形涡发生器通过诱导产生下洗涡对,从而有效地强化U型通道的换热能力.而将导叶布置于U型通道转折处,可进一步提高三角形涡发生器在U型通道流出段的换热性能,并降低通道的阻力损失.和典型的布置斜肋的U型通道相比,在不同雷诺数下带导叶且布置三角形涡发生器的U型通道内换热的均匀性显著提高,在通道换热能力相当的情况下,阻力损失显著降低,综合换热性能提高20.0%左右.     

管内置矩形翼涡产生器二次流特性及其与换热的关系

采用数值方法研究了均匀壁温(uniform wall temperature,UWT)热边界条件下圆管内置扭曲翼型涡产生器管内二次流特性及其与对流换热强度的关系。采用无量纲参数Se量化了管内的二次流强度,分析了矩形翼涡产生器主攻击角α、涡产生器间距S_t和基带宽度W对二次流强度和对流换热强度的影响,建立了二次流强度Se和对流换热强度Nu_m与翼型涡产生器结构参数的拟合关联式。结果表明,内插矩形翼涡产生器管内二次流强度是其对流换热强度的决定因素。     

小尺度涡流发生器强化传热特性及机理

对布置有不同高度的小尺度涡流发生器的矩形槽道进行了数值模拟,对其传热和流动特性进行了对比研究。分析了小尺度涡流发生器强化传热的特点和机理。从流体流动对温度场影响的角度来说明对流换热的物理机制。