管内间隔插入旋流片的流阻性能研究

为了研究管内间隔插入旋流片的流动机理,建立了流阻数学模型,通过数值模拟分析了旋流片的旋转角α和旋流角β对j(形体阻力与摩擦阻力的比值)的影响。结果表明,当α相同时,β=38.1°旋流片的j值比β=20.3°的大2倍。与α相比,β对形体阻力的影响更显著。给出了4种不同结构旋流片的j方程与总阻力系数方程。以上结果可为旋流强化传热的阻力控制方面的进一步研究提供参考。     

空气在立式花瓣管外螺旋流动传热与流阻性能研究

试验研究了空气在5种管径相同、不同翅片高度和翅片间距的立式花瓣管外螺旋流动的传热和流阻性能,分析出在试验范围内:花瓣管翅片高度相同时存在一最适宜翅片间距,使其传热性能最优;花瓣管翅片间距相同,翅片越高,其传热性能越好,而流动阻力损失也越大;管外系统压力越高,换热效果越好,且不会增加其流动阻力,这可为设计高效立式螺旋隔板花瓣管换热器提供参考依据。     

矩形通道内螺旋曲面肋的强化传热及其结构优化

研究换热器的矩形通道内设置螺旋面肋用来强化换热器的传热能力,利用Fluent仿真软件来数值模拟分析在不同结构参数(螺旋角度θ、迎流攻角β、肋横向间距P t、肋宽与肋纵向间距比v=b/s、排列方式)下,螺旋面肋对换热器传热性能以及通道内流体阻力的影响。采用正交试验优化设计螺旋面肋的结构参数,确定螺旋面肋的最佳结构参数,并实验测试在该结构参数下换热器的换热性能。数值模拟与实验结果表明:在Re=5 000,θ=35°,β=60°,P t=13 mm,v=0.65,排列方式为叉排时,换热器的综合换热性能最好。而且,实验测出优化型换热器的表面总换热系数K和压降Δp比普通型分别提高了65.7%和30.3%。     

管内层流强化传热的数值模拟

通过数值模拟,研究了85%甘油在含旋流片缩放管管内的传热与流阻特性,并与光滑管、缩放管的传热与流阻特性进行了对比。研究结果表明,层流时含旋流片缩放管的综合因子大于缩放管,且缩放管内插入6个小角度旋流片具有更好的传热性能。在有旋流片段可以通过减薄边界层厚度与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低流体的输送功耗。     

旋流网板换热器强化传热机理分析

主要分析了用于硫酸转化系统气体换热的旋流网板换热器中旋流片强化传热的机理,在实验研究基础上,应用周期性单元流道模型,数值模拟了空心环和旋流片支撑时的流体湍流流动和传热性能。结果表明,旋流片能迫使流体做强烈的三维螺旋运动,增强流体湍流度,同时使流体冲刷壁面,减薄边界层,其传热效果优于空心环。旋流片产生的自旋流具有高效低阻的优势,其强化传热综合性能优于空心环。     

矩形缩放管间插入旋流片的传热实验研究

为了研究新型换热器——矩形管束换热器的传热性能,采用矩形缩放管间插入一组旋流片来研究旋流片下游的传热与流阻性能,并与光滑矩形管的传热和流阻进行比较。实验结果表明:在实验范围内(19 000Re44 000),随着下游距离的增大,旋流片产生的自旋流逐渐衰减,局部Nu数和阻力系数减小,并且局部Nu数的下降速度要慢于阻力系数的;当下游距离在0—200 mm时,阻力系数下降的程度较大;旋流片下游在得到强化传热的同时,阻力增加也很大。     

变螺旋角对新型螺旋折流板换热器的性能影响

新型螺旋折流板换热器采用折面折流板代替平面折流板,消除了换热器壳程相邻折流板搭接形成的三角漏流区,进而增强了传热效果。文中分别对螺旋角度为18°,27°,35°和40°,搭接量均为50%的(e=50%)新型螺旋折面折流板换热器进行了实验研究并分析其传热和阻力性能。实验结果表明:螺旋角为18°的螺旋折面折流板换热器传热性能最好,以Nu/f1/3作为综合性能评价指标时,其综合性能最优。     

阻流板对1/4螺旋折流板换热器综合性能的影响

建立存在三角区和阻流板堵住三角区2种1/4螺旋折流板换热器模型;采用大型CFD分析软件FLUENT借助数值模拟的方法,研究阻流板对换热器壳侧流动与传热性能的影响;并对阻流板结构进行了优化分析。结果表明:增加阻流板能够有效地提高换热器的壳程传热性能,但壳程压降也随之增加。小螺旋角时,增加阻流板使换热器的综合性能降低;当螺旋角增大到一定程度,阻流板增加后换热器综合性增加;阻流板完全堵住三角区时,换热器壳程传热系数最大,同时壳程压力损失也最高。螺旋角为15°,阻流板长度为5r/8时,较无阻流板时换热器综合性能基本相同,壳程传热系数增加7.5%—8.5%。计算结果为改进螺旋折流板换热器折流板结构、优化折流板间三角区、强化换热器传热等方面提供了理论依据。     

结构参数对缩放管性能影响的数值模拟研究

采用数值模拟方法,对具有不同结构参数的缩放管进行了研究,从管内流动状况、传热与阻力性能以及综合性能等方面分析了肋高和扩缩比对其的影响.结果表明,肋高越大,缩放管的传热性能越好,但同时管内阻力损失也越大；扩缩比越小,缩放管的传热性能越好,且扩缩比越接近1,管内阻力损失越小；在研究范围内,肋高e=0.8,扩缩比γ=1的缩放...     

旋流浓淡燃烧器中煤粉浓缩器对煤燃烧NOx生成的影响

应用数值模拟方法研究了旋流燃烧器中煤粉浓缩器对煤燃烧NO_x生成的影响,给出了热NO_x和燃料NO_x生成的详细信息.预报结果表明：采用作者研制的弱旋煤粉浓缩器后,可以大大地降低燃烧器出口区域燃料NO_x的生成,同时可以保持煤粉颗粒较高的燃尽率.模拟结果也表明,燃烧器出口区域的NO_x生成主要是由燃料NO_x的生成机理来控制,热NO_x在总NO_x的生成量中所占比例不大.因此,该旋流浓淡燃烧器具有高效低污染性能.     

旋流片支撑管束的传热与流阻性能

提出旋流网板管壳式换热器,并对空气纵向流过旋流片支撑光滑传热管束的传热与流阻性能进行了实验研究。另外比较了270-38.1、180-38.1、270-20.3、180-20.3 四种旋流片和空心环的强化传热性能。实验结果表明,270-20.3和180-20.3旋流片支撑光滑管束的强化传热评价因子η比空心环支撑的高出7％,而270-38.1、180-38.1、空心环的评价因子η相差不大。除了起到支撑管束作用外,270-20.3和180-20.3旋流片还具有良好的强化传热效果。实验结果可为对管壳式换热器的研究设计提供参考。     

内插旋流片的管内流动与换热的数值模拟

通过数值模拟,详细考察了光管内间隔插有旋转角为270.°、旋流角为38.1°旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同,并对4种旋流片的场协同数进行了比较。结果表明,在同样Reynolds数下,根据场协同数的大小来排列的旋流片类型依次为270-38.1、180-38.1、270-20.3、180-20.3,且与传热性能高低排列是一致的。通过改善速度场与温度梯度场的协同程度是提高换热性能的一个有效手段,且内插旋流片能有效地改善速度场与温度梯度场的协同程度从而提高换热性能。     

螺旋肋片形成非衰减性旋流的强化传热性能

对于螺旋肋片形成非衰减性旋流的传热和阻力特性进行了实验研究,并比较分析了非衰减性旋流与多翅管和衰减性旋流在传热和阻力特性方面的差异.研究结果表明,在传热系数上非衰减性旋流比多翅管和衰减性旋流分别提高60%～85%和49%,但非衰减性旋流的阻力损失也明显高于多翅管和衰减性旋流.综合热力性能的分析结果表明,在较低Reynolds数下非衰减性旋流的综合热力性能较好,当Reynolds数大于某一临界值 (本实验为18000)后衰减性旋流的综合热力性能较好.     

旋流片支撑缩放管管束的复合强化传热

提出了由旋流片支撑缩放管管束的管壳式换热器壳程结构,对壳程工质为空气时,4种类型旋流片和空心环分别支撑缩放管管束的传热与流阻性能进行了实验研究,并进行了相互比较。实验结果表明：工质为空气时,270-20.3、180-20.3两种旋流片分别与缩放管管束配合,均具有优良的复合强化传热性能。尤其是270-20.3旋流片与缩放管管束配合,当Reynolds数为2000～20000时,其强化传热综合评价因子比空心环与缩放管管束配合时平均高出18%。     

旋流片强化传热的数值模拟和场协同分析

基于壳程周期性单元流道模型;采用数值模拟方法分析了一种新型的传热强化元件——旋流片作为管间支撑物的湍流流动与传热特性。数值模拟采用重整化（RNG）κ ε双方程湍流模型;SIMPLEC算法进行压力和速度的耦合;壁面处理采用强化壁面处理法。分析了单元流道横截面流场和湍流强度的周期性变化;以及截面上流场和温度场的协同关系。比较了截面平均Nusselt数和平均协同角的对应变化趋势。结果表明;旋流片使流体在管束间做三维螺旋运动;破坏了流体流动的连续性和稳定性;增强湍流强度从而强化传热;同时改变了管束间流体的速度场与温度场分布;旋流片强化传热的根本机理是改善了两场的协同关系。     

倾斜喷射时喷雾冷却无沸腾区换热特性

采用雾化角60°的半实心旋流式机械雾化喷嘴,以水为冷却介质,对流量4.44～7.05 L•h^-1,倾斜角在0°～49°之间变化时无沸腾区换热进行实验研究,并且给出了反映喷雾换热特性的量纲1换热准则公式。结果表明,倾斜角固定不变时,当喷射底面椭圆长轴与换热面相切时所对应的喷嘴高度为最佳高度,换热效果最好,冷却效率最高,其次分别是喷射底面椭圆长轴和换热面内接、外接的情况;对比不同倾斜角度、最佳高度下的换热,发现倾斜角度越大换热效果越佳,冷却效率越好。     

Numerical investigations of circular tube fitted with helical screw-tape inserts from the viewpoint of field synergy principle

3-D numerical simulations are performed for heat transfer and fluid flow characteristics of the tubes fitted with helical screw-tape inserts. The comparison between the RNG k-epsilon turbulence model and the SST k-omega turbulence model in prediction of swirling flow shows that the latter has better qualitative and quantitative agreements with the experimental results than the former. The simulation results show that the novel helical inserts with right and left twists alternately have better heat transfer performance than that of the helical inserts with uniformly right twists. The simulation results are analyzed from the viewpoint of field synergy principle, it is found that the principle could explain well the mechanism of heat transfer enhancement of the helical twist inserts. The smaller the mean intersection angle between the temperature gradient and velocity vector, the larger the Nusselt number; in addition, the smaller local intersection angle also implies the higher local heat transfer coefficient.