不同导程转子组合的强化传热实验研究

以质量分数60%甘油水溶液为管程流体,将导程100 mm和400 mm的转子进行交错排列,对内置该组合转子的换热管进行了强化传热及阻力特性实验研究。为了保证实验方法和实验结果的准确性,在实验开始之前进行了光管实验验证。实验结果表明:导程交错2-6和导程交错1-3的2种方案的综合强化传热效果好,该2种方案的综合评价因子PEC值在1.4—1.8之间,而导程交错4-12的综合强化传热效果比较差,PEC值在1.3—1.6之间,不及导程全400 mm的PEC值,说明为了获得较好的综合强化传热效果,必须将大导程转子数量控制在小导程转子强旋流范围内,否则只会起到反作用。     

不同外径组合转子过渡区强化传热性能实验研究

以60%甘油水溶液为管程介质,对内置螺旋开槽两叶片转子换热管过渡区内的强化传热综合性能进行了实验研究。在雷诺数范围为2800～6200之间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,对比分析了转子外径对其强化传热性能的影响,研究结果表明：内置转子强化管的努塞尔数Nu较光管约提高了60%～200%,阻力系数较光管约增大了16%～32%,综合评价因子PEC值介于1.56～2.79之间。此外,内置转子强化管的努塞尔数、阻力系数以及PEC值均随着转子外径的增大而增加,这是由于较大的转子外径使得转子具有更强的扰流与减薄边界层的作用。     

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。     

3种管内强化管沸腾换热性能对比

对3种不同螺纹结构的强化管的管内沸腾换热性能进行对比实验研究, 采用R22为实验工质。3种强化管的内径和外径相同, 分别为6.9 mm和7.92 mm;管外均为光滑表面, 管内的强化结构参数则不同:螺纹的螺旋角变化范围为14°~18°, 螺纹高为0.15~0.22 mm, 螺纹槽宽度为0.1~0.2 mm。在给定进口和出口制冷剂的状态下, 通过改变管内工质的质量流速, 测试3根强化管的换热特性与质量流速的关系, 并进行性能对比。实验结果表明:3种螺纹管管内沸腾传热系数分别比光管高出60%~80%, 80%~120%和80%。分析认为, 当流动处于层状流或者层状流与环状流的过渡区时, 较大的螺旋角有利于换热;当流体处于环状流时, 较多的螺纹头数有利于换热。     

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。     

管内置梯形波带强化传热实验研究

设计了3种梯形波带内插件并对其强化换热特性进行实验研究,得出管内插入梯形波带扰流组件的传热系数h提高率为126%～220%,并对扰流组件引起的管程阻力进行了分析。通过传热性能评价准则(PEC)对插入梯形波带后的换热管进行传热的综合评价,证明梯形波带内插件确实是一种良好的加强换热能力的组件,并对实验数据线性回归拟合出了传热关系型。     

基于火积耗散热阻的内置双旋线换热管性能研究

基于换热器火积耗散热阻理论,采用三维数值模拟计算方法,以水为流动介质,分别对内置双旋线外径为9mm、12mm、15mm、18mm的换热管的管内流场和火积耗散热阻进行研究,分析了内置双旋线换热管的传热和流动特性,结果表明：内置双旋线换热管内流体呈现三维螺旋状流动,管壁面附近周向和径向速度明显增强,从而中心区域流体和壁面附近流体充分混合;内置双旋线换热管的换热量与其积耗散热阻相对应,积耗散热阻越小,换热量越大;内置双旋线换热管的积耗散热阻随着雷诺数的增大而减小;内置双旋线换热管的协同性均优于光管,说明内置双旋线换热管具有良好的综合换热性能.     

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。     

内插螺旋立式上行管流场及传热性能的实验研究

通过粒子图像测速流场实验与传热实验相结合,研究了内插螺旋立式上行管的螺旋节距、丝径、中径比等结构参数在不同Re下对流场、阻力及传热性能的影响。结果表明,内插螺旋能够有效扰动和混合管内流体,使管内形成多个纵向旋涡的流体结构、增大管壁附近液体涡量,有利于强化传热。当Re相同时,管内平均流速v、Nu和综合换热性能PEC均随丝径增大而增大,随中径比减小而增大;随节距增大,3种参数均出现增大的趋势,节距大于20 mm后开始减小。管内流体的阻力f随丝径和节距增大而减小,随中径比增大而增大。综合比较,在较低Re时,节距p=20 mm、丝径e=1.6 mm、中径比D/d=0.75时综合传热效果最好。     

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.     

梅花孔板纵向流换热器壳程流动与传热的三维数值模拟

基于梅花孔板纵向流换热器的三维物理模型,采用RNG k-e湍流模型,对其壳程流动与传热特性进行了数值模拟,以空气为工作介质,考察了孔板开孔率y=0.148, 0.18和0.214的换热器在雷诺数Re=4000~12000范围内的传热和压降. 结果表明,流体流过梅花孔后产生贴壁射流,射流的卷吸和二次流作用有利于流体的混合与传热. 换热器壳程平均努塞尔数Nu和单位长度压降Dp/lz均随开孔率y和折流板间距L减小而增大;与相同条件下弓形折流板换热器相比,在研究范围内,该流换热器的Nu提高了14.9%~52.88%,Dp增减幅度为152.85%~-16.62%,综合性能系数PEC为1.03~1.44,适当增大开孔率y和孔板间距L可提高换热器的综合传热性能.     

Experimental investigation of heat transfer in an air duct with an inclined heating surface

In this paper some experimental results showing the influence of inclination of a cylindrical heating surface immersed in an air duct on heat transfer coefficient are presented. The experiments were performed in a laboratory-scaled apparatus of square cross section with dimensions 120 ‐ 120 mm and 1400 mm in height. Heat transfer surface was an electrical heater made of brass tube with outer diameter of 19 mm and 110 mm length. In each experiment the temperatures of the front and rear side of the heating surface, inclination angle, air velocity, inlet air temperature, and heater power were measured. It was concluded that heat transfer coefficient depends on flow conditions and angle of inclination. The maximum Nusselt number (Nu) was observed to occur about 45° inclination relative to the horizon, for the range of Reynolds numbers used in experiments. The values of heat transfercoefficients in the vertical position were very nearly the same as they were in the horizontal position. Based on the experimental results, a correlation was proposed for estimation of Nu at the desired flow velocity and inclination angle, relative to Nu at zero inclination.     

管内螺旋液固两相流的流动行为及传热

利用Fluent-EDEM耦合方法对管内插螺旋线的液固两相流动与传热进行数值模拟,分析了螺旋线对固相颗粒的诱导碰撞作用和液固两相流传热性能的影响. 通过实验验证,模拟值与实验值的偏差为6.3%~13.8%. 模拟结果表明,与管内未插螺旋线对比,管内插螺旋线对液固两相流体具有诱导作用,使流体呈螺旋流状态;在流体离心力和螺旋线共同作用下,贴近管内壁运动的固体颗粒体积分数由0.44%提高到3.27%;相同雷诺数Re条件下,内插螺旋线液固两相流传热方法的努赛尔数Nu最大. 在Re≤60000范围内,内插螺旋线液固两相流的综合评价指标值均高于内插螺旋线和液固两相流单独作用方式. 因此,该技术适用于低Re下管内防垢除垢及强化传热的工况.