内置叶片开槽间断性转子换热管强化传热及阻力特性实验研究

本文对内置叶片开槽间断型转子换热管的强化传热及阻力特性进行了实验研究。在雷诺数为15000～45000范围内对光管进行了验证性实验,得出努塞尔数Nu和阻力系数f误差分别在-3.0%～+3.5%和9.0%以内。在实验条件下,内置叶片开槽间断型转子的换热管与光管相比,努塞尔数Nu和阻力系数f分别平均提高了70.03%和83.88%。通过综合性能评价得出PEC值在1.38～1.40之间。     

内置螺旋叶片转子换热管传热和阻力特性的实验研究

本文概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理,通过实验研究了传热和阻力特性。实验结果表明,在相同的雷诺数条件下,内置螺旋叶片转子换热管的努塞尔数明显高于光管的努塞尔数,说明具有良好的强化传热效果;内置螺旋叶片转子换热管的阻力系数显著高于光管阻力系数,说明在强化传热的同时,使得管内阻力随之增加。此外,作者借助多元线性回归方法,建立了内置螺旋叶片转子换热管的努塞尔数与阻力系数的经验关联式。     

内置转子套管式换热器强化传热实验

概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理,通过实验研究了内置螺旋叶片转子及叶片间断型转子换热管的传热和阻力特性。实验结果表明,在相同的Re条件下,内置螺旋叶片转子换热管管内的Nusselt数高于内置叶片间断型转子换热管,阻力系数低于内置叶片间断型转子换热管,同时PEC值明显高于叶片间断型转子的PEC值,说明内置螺旋叶片转子换热管的综合性能优于叶片间断型转子。     

内置转子换热管旋流部分的数值模拟

研究了介质为60%甘油时内置螺旋两叶片转子换热管的传热及阻力特性,通过实验研究和数值模拟,得到了介质为高黏度流体时强化传热的模拟方法。同时,分析了单个洁能芯转子在强化管内的旋流长度,并对比分析了转子间隔对强化管传热及阻力特性的影响。模拟结果表明,在换热管长度相同的前提下,转子无间隔排列强化管的努塞尔数（Nu）是转子间隔排列时的1.073～1.078倍;但是前者的阻力系数（f）则比后者的阻力系数高出61.76%～62.01%,因而在强化传热综合性能方面,前者的综合性能优于后者,由此推断,转子的间隔排列方式有利于提高强化管的强化传热综合性能。     

内置开孔螺旋叶片转子换热管强化传热实验

以60%甘油水溶液为管程介质,对内置不同孔径开孔螺旋叶片转子换热管过渡区传热和阻力特性进行了实验研究。对光管性能进行了实验验证,以保证实验结果的可靠性。同时,对比分析了转子开孔孔径对其强化传热性能的影响,实验结果表明：内置S=0.375螺旋叶片转子换热管努塞尔数比内置S=0以及S=0.25螺旋叶片转子换热管的努塞尔数分别高出9.5%和21%左右,阻力系数高出9%左右。而对于综合性能而言,内置S=0.375螺旋叶片转子换热管的综合评价因子大于内置S=0螺旋叶片转子换热管的综合评价因子,内置S=0.25螺旋叶片转子换热管综合评价因子最小。综上可得,较大直径的开孔能提高转子的综合性能,但是较小直径的开孔反而会减弱转子的强化传热综合性能。     

内置组合转子换热管的综合传热性能

  对螺旋叶片和开槽螺旋叶片两种结构组合转子的综合传热性能进行了实验研究。与光管相比,两种转子都显著提高了换热管内的传热性能,装有螺旋叶片转子和开槽螺旋叶片转子换热管的努塞尔数分别比光管提高了1.06～1.26倍和1.03～1.15倍,引起的阻力系数分别比光管增加了60%～68%和36%～51%。螺旋叶片转子对管内传热性能的提升更为显著,但其引起的管内阻力系数也较大。综合考虑传热和阻力两方面因素,对两种转子结构的综合评价指标值进行比较,开槽螺旋叶片转子具有更好的综合传热性能。     

不同位置转子组对组合转子强化传热性能影响

以质量分数60%甘油水溶液为管程介质,每组转子对组合转子传热和阻力特性的影响进行了实验研究。对光管性能进行了实验验证,以保证实验结果的可靠性。研究结果表明:加装L1,L3,L5型组合转子换热管的努塞尔数分别为加装L0型组合转子换热管努塞尔数的0.82倍、0.87倍以及0.73倍左右,阻力系数为0.88倍、0.9倍以及0.9倍左右。而对于综合评价因子PEC而言,加装L3型组合转子换热管的PEC大于加装L1型组合转子换热管的PEC,加装L5型组合转子换热管PEC最小。由此可得,相较于第1组转子,第5组转子对组合转子传热性能的影响最大,第3组转子的影响最小。     

内置转子换热管强化传热性能实验研究

针对光管中加入3种不同导程的洁能芯转子后的换热特性及流体动力学特性进行了实验研究,壳程和管程的工作介质分别为热水和冷水,研究表明:插入转子后,努赛尔数Nu和阻力系数f均增加,并且二者均随转子导程的增大而增大;对插入转子的换热管进行了强化传热性能评价分析,其传热性能评价因子η的数值均大于1,证明其具有强化传热的应用价值,转子导程为150 mm时,实验范围内η最大值为2.01,强化传热效果最好。     

翅片管内嵌入螺旋线圈的强化传热分析

以注汽锅炉对流室的翅片管为研究对象,结合锅炉的实际工况对光管和嵌入螺旋线圈后管道传热和流动进行分析,结果表明翅片管内嵌入螺旋线圈后靠近管壁的流体呈现螺旋状旋转运动,嵌入螺旋线圈起到了强化传热的作用。接着分析螺旋线圈结构参数对强化传热的影响,选择四组螺距和直径形成16组不同的螺旋线圈结构参数并分别进行仿真;分析了螺旋线圈的螺距和直径对努塞尔数、阻力系数、场协同角余弦值和PEC值的影响。结果表明:当直径相同时,努塞尔数随着螺距的增大而减小,而在螺距相同时,努塞尔数随着直径的增大而增大。选择适合的直径和螺距可以有效提高PEC值。     

内插扭带强化换热过程及最佳螺距研究

与普通换热管相比,内插扭带传热管内由于螺旋涡的存在,使管内介质压力梯度增加、流速加快,从而提高管内传热系数。采用了FLUENT数值模拟计算,以水为管内流体介质,对内插扭带管进行传热特性分析。结果表明,随着雷诺数增大,努塞尔数呈直线增大,而摩擦阻力系数呈指数型减小;并且在相同雷诺数条件下,内插扭带管的摩擦阻力系数和努塞尔数均大于光管;通过综合因子评价方法确定了内插扭带强化换热的最佳螺距为50 mm,并且该方法适合于小雷诺数流动条件下的强化换热。     

螺旋叶片转子强化传热机理分析

以螺旋叶片转子为研究对象,对转子的强化换热机理进行理论分析,提出螺旋叶片转子3种强化传热机理,包括截面收缩效应强化、螺旋流动效应强化以及二次流效应强化。采用理论推导的方法,建立湍流区内Nusselt数预测关联式以及压力降预测关联式,从而预测转子几何参数等对转子强化传热特性及阻力特性的影响。同时,将关联式预测结果与对应的强化传热实验结果进行对比,对比结果表明:推导得出的Nusselt数预测关联式计算值与实验得到的Nusselt数之间的最大偏差为7.4%,阻力系数的预测关联式计算值与其实验值之间的最大偏差为10.1%。     

xperimental Study of Heat Transfer Enhancement and Friction Loss Induced by Inserted Rotor-assembled Strand （I） Water

The single-phase pressure drop and heat transfer in a rotor-assembled strand inserted tube were measured using water as the working fluid. Experiment using a smooth tube was carried out to calibrate the experimental system and the data reduction method. In the experiment, fixed mounts were used to eliminate the entrance effect. The experimental results of smooth tube show that employment of fixed mounts leads to a visible bias of friction factor at relative low Reynolds numbers, although it does not significantly affect the Nusselt numbers. The measured data of inserted tube reveal that rotor-assembled strand can significantly improve heat transfer with the Nusselt number increased by 101.6%-106.6% and the overall heat transfer coefficient increased by 58.1%-67.4% within the Reynolds number range of 20000 to 36000. Meanwhile, friction factor increases by 52.2%-84.2% within the same Reynolds number range. The correlations of Nusselt number and friction factor as function of the Reynolds number and Prandtl number were determined through multivariant linear normal regression.     

自旋扭带强化传热及旋转特性

旋转扭带是在固定式扭带基础上发展而来的, 因其特殊结构所以能在管内流体作用下产生自旋效果。本文对自旋式扭带旋转特性及强化传热特性进行研究。通过理论及实验研究管内自旋扭带旋转特性后得出:扭率越小, 扭带克服阻力起始旋转需要的流体速度越小;扭带转速与管内流体流速呈一次线性关系, 且扭带节距不变时线性比例基本保持不变。通过实验研究后得出:自旋扭带能达到很好的强化传热性能, 扭率越小其强化传热性能越明显, 同时阻力特性也越明显, 在雷诺数为4×10³～4×10⁴、扭率为3～8时, 换热管内摩擦因子增至1.7～3.5倍, 努赛尔数增幅为10%～37%。本文使用评估指标η对扭带进行综合评价, 得出扭率为7的自旋扭带具有最佳的综合性能。并分别拟合出摩擦因子及努赛尔数与雷诺数、扭率之间的关联式, 提出一种工程上自旋扭带选型方法。     

装填有矩形切口螺旋带的管中的湍动传热和压降(英文)

Heat transfer, friction factor and thermal enhancement factor characteristics of a double pipe heat exchanger fitted with square-cut twisted tapes (STT) and plain twisted tapes (PTT) are investigated experimentally using the water as working fluid. The tapes (STT and PTT) have three twist ratios ( , 4.4 and 6.0) and the Reynolds number ranges from 2000 to 12000. The experimental results reveal that heat transfer rate, friction factor and thermal enhancement factor in the tube equipped with STT are significantly higher than those fitted with PTT. The additional disturbance and secondary flow in the vicinity of the tube wall generated by STT are higher compared to that induced by the PTT is referred as the reason for better performance. Over the range considered, the Nusselt number, friction factor and thermal enhancement factor in a tube with STT are respectively, 1.03 to 1.14, 1.05 to 1.25 and 1.02 to 1.06 times of those in tube with PTT. An empirical correlation is also formulated to match with experimental data of Nusselt number and friction factor for STT and PTT.