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。     

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。     

开孔折流板对列管式换热器传热性能的影响研究

针对由传统弓形折流板结构带来的壳程流动死区,从而引起的流动阻力大、传热效率低等问题,本文对折流板进行开孔,通过数值模拟的方法研究开孔折流板结构对列管式翅片换热器壳侧流体流动、传热及阻力性能的影响。研究发现,折流板开孔后,壳程流动死区明显减小,壳程传热系数及压降同比开孔前降低了;综合换热性能同比开孔前提升了。壳程压降随开孔率及板间距的增大而减小,壳程努塞尔数Nu随板间距的增大逐渐增大。从综合换热性能及场协同的角度分析发现,开孔率x=0.229、折流板间距H=85 mm的列管式换热器综合传热性能最佳。     

矩形盘旋式螺旋管中超临界CO_2流动传热特性研究

对超临界CO_2在矩形盘旋式螺旋管内冷却换热进行数值模拟。研究了螺旋管矩形盘旋的不同长宽比对管内流动特性、湍动能、换热系数的影响,分析矩形螺旋管内对应流体截面的云图情况,并对超临界CO_2在不同入口压力时流体传热系数和压降变化进行分析。研究结果表明,超临界流体温度冷却至准临界度前各组螺旋管换热系数基本一致,当流体温度下降至307 K之后,长宽比为3∶1时换热系数相对其他长宽比较高,湍动更加剧烈,换热系数有一定提高,出口壁面温度相对要小;当流体温度高于其准临界温度时,压力降主要受流体压力的影响,压力越接近流体临界压力,对应的压力降越大,雷诺数Re增加,浮升力带来的二次流影响更强;而当流体温度低于其准临界温度时,压力降受主要受流体温度的影响,受流体入口压力的影响很小,流体温度越低,对应的压力降也越小,流体在矩形螺旋管中受离心力和浮升力共同作用,造成流体截面云图的速度梯度、温度梯度、比热容梯度有一定偏移。     

纵向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的试验研究

锯齿螺旋翅片管是在连续螺旋翅片管基础上发展而来的强化换热管型,具有易于制造、翅化比大,换热系数和翅片效率更高等优点,在大型气体换热设备中具有广泛的应用前景.为获得管束布置结构对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响,在分析其影响机理的基础上对9个锯齿螺旋翅片管错列管束进行试验研究,获得纵向节距S2对锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性的影响规律,并提出相应的关联式.试验结果表明:在相同雷诺数Re和管束横向相对节距S1/do下存在最优管束纵向相对节距S2/do使得翅侧努塞尔数Nu与综合换热性能j/f(Colburn传热因子与摩擦因子比值)最大;翅侧欧拉数Eu随S2增大而减小;在试验研究的S2/do=2.41～3.07范围,选取较优S2可使管束翅侧Nu数提高6%且Eu数稍有减小,管束j/f可相应提高约7%.     

缩放管内脉动流动对流换热的数值模拟研究

通过数值模拟计算,研究在不同脉动频率、脉动振幅下的管内流体脉动对缩放管的传热和阻力的影响。研究结果表明:管内流体脉动能够强化缩放管的传热效果,相比稳态时,传热被强化了约为16%;管内流体脉动在一定条件下,也会增大缩放管的沿程阻力。     

缩放管内脉动流传热性能研究

分析研究了缩放管内脉动流的传热性能,利用Fluent数值模拟脉动振幅、脉动频率和扩缩比对缩放管传热和沿程阻力的影响。研究结果表明:缩放管内脉动流的传热性能要优于缩放管内流体稳态流动,与缩放管内流体流动为稳态时传热强化了11.4%左右;缩放管内脉动流强化传热同时也增大了沿程阻力;对综合评价指标数的分析得到脉动流条件下缩放管的传热性能显著增强。     

换热管内置喷注螺旋强化传热数值模拟研究

在换热管内设置喷注螺旋管,同时通过螺旋管施加喷注,改变螺距及喷注孔布置,研究其强化传热及阻力特性。换热管尺寸为57 mm×3.5 mm,喷注螺旋管尺寸为10 mm×1 mm,螺距设置范围为60～140 mm,喷注孔布置密度为单位螺距内2～6个。研究表明:换热管内置喷注螺旋管对传热起到强化作用,同时由于内插件和喷注导致其阻力变大,随着螺距的增大,对传热和阻力的影响都呈减小趋势;通过对换热管传热和阻力的综合性能分析可知,内置喷注螺旋管不一定使换热管的综合性能增加,也可能会使其减小。当螺距P为100 mm,单位螺距内设置4个喷注孔时,综合性能表现最优,达到最大值1.8。     

非均匀热流边界条件换热管内流场优化研究

针对太阳能集热器换热管的强化换热问题,对在周向非均匀热流边界条件下基于场协同理论管内的流场分布进行了研究。采用了数值模拟的方法,利用变分法构造拉格朗日函数,求出了附加体积力的动量方程;对纵向涡流和换热管传热系数之间的关系进行了归纳,提出了流场优化强化换热,进而提高太阳能热利用率的方法。研究结果表明:周向非均匀热流边界条件下换热管内纵向涡流可以明显地强化管内的对流换热,但同时流体流动的阻力也随之增大,并且流动阻力的增加幅度要小于对流换热增强的幅度;纵向涡流流速越大,进口流体雷诺数越小,流体具有更为优良的综合强化换热特征。     

对换热器管内扰流元件的强化传热原理和性能分析

目前,换热器管内强化传热技术在各个工业项目中都有着广泛的应用。在当代工业中对管内换热技术的研究,有利于节省工业成本,对提高其经济效益具有重要的意义。对于管内强化传热技术,扰流元件是一种应用比较广泛的强化传热方法。它是一种比较简易的且非常有效的强化传热方法。扰流元件是应用于管壳式换热器管内部,对管内流体有分流和旋流的作用,通过扰流元件对管内流体的作用,使得管内部流体的边界层有效的变薄,并且能够使管内污垢始终处于较低的水平,增大了管内的传热系数,有效地增大强化传热的效果。本文对换热设备管内扰流元件的工作机理进行了深入的剖析,并对管内扰流元件的性能指标进行了探析。     

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.     

中冷器冷却扁管管内传热及流阻性能研究

为解决汽车空-空中冷器冷却扁管最优换热性能的问题,运用FLUENT软件,建立了4种不同断面结构的冷却扁管导热和管内流动换热耦合数学模型,采用CFD方法对该传热问题进行了数值模拟计算.将数值计算的传热努塞尔特数与Gnielinski传热关联式、摩擦因子f与Webb实验关联式、Filonenko经验公式、Blasius关联式进行了对比;良好的结果吻合性验证了数值计算方法的正确性;通过4种冷却扁管换热因子j和流动摩擦因子f的对比分析,提出了冷却扁管综合性能的评价方法(jlf)1/3.研究结果表明,采用无量纲因子(jlf)1/3方法评价口琴式冷却扁管具有最优换热性能,斜撑式冷却扁管次之,从而可为汽车空-空中冷器结构设计或匹配选型提供重要的理论依据.     

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。     

滚轧不锈钢双面螺旋管制造工艺

螺旋管是近几年来出现的一种新产品,它是一种在换热器和冷凝器上使用获得较好效果的管型。其结构如图1所示。管外呈螺旋凹槽,管内螺旋凸起,并有单头、双头和多头之分。目前国内外还正在研究断续螺旋形管和环形螺旋管。这种双面螺旋槽管主要用来强化管内流体的传热过程,同时对管外流体的传热和管外蒸气冷凝也有强化作用。由于管形结构简单,     

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。     

聚四氟乙烯换热器传热特性试验研究

聚四氟乙烯换热器整体性能优劣取决于换热效率与压降,换热效率和压降一方面受换热管排列方式和间距的影响;另一方面受到换热工质流速和温度的影响。基于聚四氟乙烯换热器管间距和整体传热性能试验,通过控制变量法,研究空气流速对传热效率和压降影响。试验表明:换热管在三角形排列下,当管间距S=8.5 mm时,经济效益最优,温降最明显;当雷诺数Re在2000~6000范围内,拟合出该工况下传热性能公式Nu=0.012078Re0.79817及压降公式ΔP=6×10-5Re2.2136,对聚四氟乙烯换热器在工程实际应用中有一定的指导意义。     

一种低流阻表面的流动与传热特性

采用数值模拟方法对流体在有圆孔表面的流动及传热特性进行研究。研究中分别对四种不同的工况进行数值模拟。数值模拟结果所得换热面努塞尔数Nu与采用迪图斯—波尔特(Dittus-Boelter)公式计算所得Nu数进行比较,计算误差均小于5%。研究结果表明,在四种工况下,圆孔表面由于圆孔的存在改变其表面附近流动边界层的流动结构,使得边界层内垂直于壁面的法向速度梯度变小,进而使得边界层厚度增加,且由于圆孔表面下方流体可吸收部分来自边界层以外的动量传递,降低壁面附近的湍流扰动,从而减少损耗,达到明显的减阻效果。计算结果显示:四种工况下圆孔表面的存在使得流动均有不同程度的减阻效果,四种工况中减阻效果最大可达14%;但是随着流动减阻效果的改善,圆孔表面的换热性能均有所降低。     

换热管内液轮机的转速计算

进行换热管内液轮机转子内流体运动分析,根据动量矩定理求得液流给液轮机的转动力矩及液轮机所受阻力矩,在定态流动时液轮机恒速转动,转动力矩与阻力矩应平衡,由此推导出液轮机的转速计算式。进行15种不同参数液轮机的转速特性试验,试验结果与理论表达式比较一致。理论分析及试验结果均表明,影响换热管内液轮机转速的主要因素是流体轴向流速及叶片螺距。流体轴向流速越大,液轮机转速越高,两者呈线性关系;叶片螺距越大,液轮机转速越低。提出表征换热管内液轮机特征的无因次准数,无因次准数关联了液轮机转速及影响转速的两个主要参数——流体轴向流速和叶片螺距。     

锯齿形翅片扁管内流体流动及传热特性研究

为研究翅片节距与翅片切开长度参数对锯齿形翅片扁管管内流体流动和传热特性的影响,建立了9组不同锯齿形翅片参数的冷却扁管导热与流动换热耦合计算模型。采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对锯齿形翅片的微通道进行仿真模拟,得出了锯齿形翅片扁管管内流体流动和传热特性。通过9种锯齿形翅片扁管管内流体压降和传热系数的对比分析,运用冷却扁管综合性能评价方法 h/ΔP,得出了不同锯齿形翅片参数对扁管综合性能的影响规律。研究结果表明,适当减小翅片节距同时增大翅片切开长度能获得更好的流动与传热综合性能,从而可为锯齿形翅片的结构设计提供重要参考。     

超临界流体在螺旋管内的对流换热研究进展

超临界流体在螺旋管内的传热技术在化工领域被广泛应用。由于其传热与流动机理的复杂性,使得目前这方面的研究相较于直管内的还很匮乏。综述了近几年来国内外学者关于超临界流体在螺旋管内对流换热的研究进展,包括以CO_2和H_2O等常见工质为主的数值模拟研究与试验研究。对数值模型及传热机理进行了分析比较,提出该研究的未来发展方向;总结了现有研究中的浮升力影响准则,并分析了质量流量、压力、热流量以及螺旋管结构参数对传热特性的影响机理。此外,对目前螺旋管内超临界流体的换热关联式进行了归纳总结。期望能对超临界流体在螺旋管内的特殊换热机理有更深入的理解,为今后的具体研究工作奠定理论基础。