扁管换热器内纵向涡强度与换热强度对应关系

纵向涡强化传热技术在管翅式换热器中得到了广泛的应用。但是一直以来对纵向涡强化传热的研究主要停留在涡产生器结构参数及布置方式对换热的影响方面,文献对纵向涡强度与换热强度之间定量关系的研究鲜有报道。建立了采用纵向涡强化传热的扁管管翅换热器数值模型,采用二次流强度参数Se分析了翅片及涡产生器结构参数变化时,通道内纵向涡强度与换热强度之间的定量关系;并定量分析了通道中涡产生器引起的纵向涡强度增量与传热强化量之间的定量关系。结果表明:翅片及涡产生器结构参数变化时,Nu、Se与Re之间,以及阻力系数f与Re及Se之间均不存在定量对应关系,但Se与Nu以及ΔSe与ΔNu之间存在对应关系。这表明,在布置有纵向涡产生器的扁管管翅换热器翅侧通道内,纵向涡强度决定了通道内的换热强度。     

扁管换热器内纵向涡强度与换热强度对应关系

纵向涡强化传热技术在管翅式换热器中得到了广泛的应用。但是一直以来对纵向涡强化传热的研究主要停留在涡产生器结构参数及布置方式对换热的影响方面,文献对纵向涡强度与换热强度之间定量关系的研究鲜有报道。建立了采用纵向涡强化传热的扁管管翅换热器数值模型,采用二次流强度参数Se分析了翅片及涡产生器结构参数变化时,通道内纵向涡强度与换热强度之间的定量关系;并定量分析了通道中涡产生器引起的纵向涡强度增量与传热强化量之间的定量关系。结果表明:翅片及涡产生器结构参数变化时,Nu、Se与Re之间,以及阻力系数f与Re及Se之间均不存在定量对应关系,但Se与Nu以及?Se与?Nu之间存在对应关系。这表明,在布置有纵向涡产生器的扁管管翅换热器翅侧通道内,纵向涡强度决定了通道内的换热强度。     

涡产生器翼展对每管六涡扁长椭圆管管片式换热器传热与阻力性能的影响

应用萘升华传质/传热比拟实验方法,研究了固定片间距、相同三角翼形涡产生器翼高比和攻击角条件下,涡产生器翼展改变时每管六涡扁长椭圆管管片式换热器换热板芯的换热和阻力特性,分析了涡产生器翼展的变化对错排椭圆管管片式换热器强化传热与阻力特性的影响.研究结果表明,当涡产生器的翼展增加时,一方面换热板芯的传热性能有较大幅度的改善,另一方面实验板芯的阻力系数增大得也很快.利用传热因子与阻力系数比值的综合评价结果表明,涡产生器翼展较小时扩展表面的换热性能较好,从而为该型换热器设计提供了一定的理论依据.     

涡产生器翼高对管翅式换热器流动与传热的影响

采用数值模拟方法分析了三角形小翼式涡产生器翼高分别为1.5、1.75和2.0mm时对圆管管翅式换热器空气侧传热及纵向涡强度的影响。结果表明:在相同Re下,随着翼高的增加,Nu、阻力系数f以及量纲1二次流强度Sem都增大;所研究各模型的Sem与Nu呈唯一对应关系,并且获得了Sem与Nu的定量关系;以强化传热因子JF作为评价准则,得出翼高为1.75mm时能够使换热器获得较优的综合强化传热效果。     

涡产生器翼高对管翅式换热器流动与传热的影响

采用数值模拟方法分析了三角形小翼式涡产生器翼高分别为1.5、1.75和2.0 mm时对圆管管翅式换热器空气侧传热及纵向涡强度的影响。结果表明：在相同Re下,随着翼高的增加,Nu、阻力系数 f 以及量纲1二次流强度Se_m都增大;所研究各模型的Se_m与Nu呈唯一对应关系,并且获得了Se_m与Nu的定量关系;以强化传热因子JF作为评价准则,得出翼高为1.75 mm时能够使换热器获得较优的综合强化传热效果。     

三叶孔板强化换热性能及机理分析

三叶孔板是以纵向流形式强化管壳式换热器性能的一种典型支撑板结构,具有附加阻力小和能够降低管束流激振动等诸多优势。为了分析三叶孔板对管壳式换热器壳程传热性能的强化效果和机理,本文依据周期性和对称性特征构建了不同孔高的换热器单元流道模型,采用重整化群k-ε湍流模型和SIMPLE耦合算法分析其壳程流场分布特征并评估其综合换热性能。结果表明,三叶孔板换热器Nu数和阻力系数较无孔板管壳式换热器均有所增加,相对Nu数(Nu/Nu_0)和相对阻力系数(f/f_0)随孔高H增大而减小,性能评价指标(performance evaluation indicators,PEC)随孔高H增大而增大。与无孔板管壳式换热器相比,三叶孔板换热器壳程纵向各处场协同角β较小而纵向涡强度?_x较大,因此场协同性的改善和纵向涡强度的提高是三叶孔板强化换热的原因。     

网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热特性的数值模拟

应用CFD软件对网状孔板换热器壳程流体流动及换热特性进行了数值模拟研究,揭示了网状孔板强化传热的机理,分析了孔板间距及开孔率对其换热、压降性能的影响,推导出网状孔板纵向流换热器壳程换热与流动的准数关系式. 结果表明,流体流过网状孔板产生射流及二次流现象,强化了壳程流体的传热;在Re=2300~6300范围内,网状孔板换热器比弓形折流板换热器的Nu数增大约50%,但压降比弓形折流板换热器高约2.5倍;在研究范围内,孔板间距减小、开孔率减小均能使壳程流体的Nu数及压降增大,且Re数越大,开孔率、折流板间距对Nu数及压降的影响越大;但随开孔率、折流板间距减小,流体压降增加的速度明显比Nu数快.     

管束结构对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响

在模化试验验证的基础上,对不同横向管间距S₁、纵向管间距S₂和椭圆管长短轴比a/b的开缝翅片椭圆管换热器进行了数值模拟,分析了管束结构的差异对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响。结果表明：横向管间距在60.55～70.55 mm范围内,空气侧Nu和Eu均随S₁减小而增大,S₁为60.55 mm时换热器综合流动传热性能最好;纵向管间距在65～75 mm范围内,空气侧Nu随S₂减小而增大,Eu变化不明显,S₂为65 mm时换热器综合流动传热性能最好;横向管间距对开缝翅片椭圆管换热器传热、流动性能的影响较纵向管间距更为明显;在等周长条件下,椭圆管长短轴比a/b在1.5～2.5范围内,a/b为1.8时换热器综合流动传热性能最好。研究成果可为此类换热器在工程实际中的应用与进一步优化提供依据。     

翼型涡发生器对半圆形螺旋通道的换热强化机理

为考察不同形状和布置方式的翼型涡发生器强化半圆形截面螺旋通道的换热特性,对单一以及安装了jxjs、jxjk、sjjs和sjjk 4种涡发生器的螺旋通道内流动与换热特性进行了数值研究,数值模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明,研究范围内涡发生器前后180°范围内的换热壁面平均Nusselt数与单一通道的相应值之比的平均值在1.044~1.074之间,流动阻力系数f/f0在1.105~1.188之间。对传热效果而言,矩形翼优于三角形翼,对翼渐缩布置优于渐扩布置。涡发生器产生的纵向脱落涡旋改变了原有的二次流场结构,改善了速度场和温度场的协同性,强化了传热。安装jxjs和sjjs型涡发生器的复合二次流场分别为4涡和2个大涡结构,Re=8000时两者在通道内强化换热作用范围分别可达10.47和12.56倍翼高的距离。     

纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化

纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时,较小幅度地增加其流动阻力。利用三维数值模拟的方法,详细分析和研究了纵向涡发生器对管翅式换热器传热流动的影响;并对纵向涡发生器的关键参数（攻角,数目,摆放位置）进行了优化。结果表明：纵向涡发生器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度超过了其流动阻力增加的幅度,与未采用强化措施的换热器相比,其空气侧传热系数提升了71.3%～87.6%,相应的流动阻力增加了54.4%～72%;空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大,但空气侧的局部换热能力在第5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响;与纵向涡发生器的顺排布置相比,纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时,可以在保证强化换热水平的同时,进一步减小换热器流道内的流动阻力。     

花瓣状翅片管气体换热器(二)——横向与纵向冲刷花瓣状翅片管的强化传热性能比较

以空气为介质，以纵向流动方式冲刷光滑管与花瓣状翅片管进行管壳式换热器壳程的传热强化与流阻性能实验研究。实验结果表明，与文（一）的横向冲刷情况相比，在相同功耗下，Ｒｅ＝２×１０４时，按实际换热面积计算，横向冲刷花瓣状翅片管比光滑管提高给热系数１３５．８％，纵向冲刷花瓣管仅与光滑管的给热系数相当。文中通过设计实例的比较得到横向冲刷是花瓣管空冷器设计方案的较佳选择。     

花瓣状翅片管气体换热器(一)——横向冲刷花瓣状翅片管的强化传热机理研究

以空气为介质横向冲刷花瓣状翅片管（包括单管与管束）进行强化传热与流阻性能实验研究,并对其传热强化机理进行分析,结果表明,花瓣状翅片管的非连续周向翅片具有极好的传热强化效果,在实验范围内（Ｒｅ＝１０３～２×１０４）,本文提出了横向冲刷花瓣状翅片管传热性能的计算方法与理论分析模型,其计算结果与实验值符合良好。     

Heat transfer enhancement in fin-plate heat exchangers by wing type vortex generators

Heat transfer and fluid mechanical data were computed for laminar channel flows containing strong longitudinal vortex pairs. The strong vortices are generated by thin delta wings and delta winglet pairs of low aspect ratios and large angles of attack. These wings are attached to the channel walls. The data show that longitudinal vortices cause high local peaks in heat transfer and marked increases in the overall channel heat transfer. These increases occur over a wide region of channel wall, compared to the vortex generating wing area. The results are of special interest for compact heat exchangers. The heat transfer enhancement allows a considerable reduction in the heat transfer area which, in turn, reduces the manufacturing and operating costs.     

管外周向低翅片翅形对纵向流传热性能的影响

管外周向低翅片翅形对纵向流传热性能的影响邓先和，王世平，林培森，邓颂九（华南理工大学化工研究所，广州５１０６４１）关键词传热管周向翅片，轴向流，强化传热１前言当流体纵向冲刷管外周向低翅片时，翅形对传热管传热性能的影响很大。以往常用的螺纹翅片管的周向低...     

内插梯形扰流片的矩形通道内涡流和传热特性

利用Realizable k-ε湍流模型对带缺口的梯形扰流片进行流动和传热特性的数值模拟,研究了梯形扰流片的缺口位置及流动方式对矩形通道内流场以及传热的影响,同时通过对涡量、流线、流速分布、压力变化、湍流强度等的分析,揭示了扰流片强化传热的机理。结果表明,逆流时Nusselt数比顺流时提高了21.7%,同时摩擦因子也提高了25%。顺流时内侧缺口绕流片提高了传热系数的同时也增加了摩擦阻力,而外侧缺口的绕流片降低了传热系数同时也降低了形状阻力。研究发现较低Reynolds数下(10000相似文献   

翅片螺距对折齿型螺旋翅片管束性能的影响

为了提高平齿型翅片管的强化传热效果,通过改变其锯齿的扭转方向和偏折角度得到了折齿型螺旋翅片管。利用数值模拟和模化试验相结合的方法对基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束进行研究,得到了翅片螺距对折齿型螺旋翅片管束的换热与阻力性能的影响规律和最优翅片螺距。结果表明:翅片螺距P_f在3.63~8.47 mm范围内,空气侧Nusselt数Nu随P_f增大呈先递增后递减的趋势;当P_f大于6.35 mm时,翅片螺距增大对Nu的影响相对已不明显;空气侧Euler数Eu随P_f增大而减小。对于基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束,P_f为6.35 mm时其性能指标Nu·f ^-1/3均最大,因此P_f=6.35 mm是最优翅片螺距。     

离心流化床中强制对流换热的实验研究

对离心流化床干燥器中气体与被干燥颗粒物料之间的强制对流换热进行了实验研究,获得了各主要运行参数对气固换热系数的影响规律,并利用场协同原理分析了对流换热强化的机理. 实验证明,在一定转速范围内,在气流速度方向和热流方向（温度梯度方向）一致时,换热的准则关联式具有Nu＝CRePr的形式. 获得了满足Nu～RePr呈直线关系的Pe(Pe=RePr)数变化范围和临界Pe数,当Pe数大于临界值后,离心流化床中对流换热强度随Pe数增加而增大的趋势会明显减缓并偏离线性区.     

梯形和矩形纵肋管束特性研究及性能比较

研究得出梯形和矩形纵肋管束传热性能及流阻性能关系式,并着重分析两种纵助管束换热器的特性差异深入探讨了管束节距、肋高及厚度对传热和流阻性能的影响研究结果表明,即使同为纵助管束,由于肋片截面形式不同,其性能差异较大,换热程度相差-11％～34％,而流阻程度差距最高可达12倍梯形纵肋管束表现出更良好的低流阻特性和能量综合利用性能横向密排布置时,纵肋管束较光管管束具有更低的流阻特性和一定的传热增强作用,其中以梯形肋片更加明显