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%。     

管内插入旋流片的流动和传热的数值模拟

为了获得较好的传热性能,提出一种在缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热方法。采用水为流动介质,在湍流状态下,通过数值模拟,详细研究了缩放管内插入旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同。对缩放管插入不同结构旋流片的热阻性能与缩放管和光滑管进行了比较,模拟结果表明,在相同条件下,传热系数和阻力系数最大分别提高25%,120%,120%,370%。缩放管与旋流片的复合使用能有效地改善速度场和温度场的协同程度,是提高换热性能的一个有效手段。     

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。     

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。     

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。     

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。     

矩形自支撑缩放管换热器强化传热的结构优化

在新型换热器--矩形自支撑缩放管换热器的基础上,通过FLUENT软件利用三维数值模拟的方法分别研究在缩放段长度比例保持不变的情况下,缩放节距及缩放肋高对换热器管程、壳程及整体综合传热性能的影响,并得出缩放管的优化尺寸。研究表明:对于换热器管程和壳程,缩放节距l越小,换热效果越好,阻力也越大,壳程在l=16.5 mm 时综合传热性能达到最佳,而管程则在l=9 mm时综合传热性能最好;缩放肋高h越大,二者的换热效果越好,阻力也由于管子的粗糙程度增加而变大,此时综合传热性能管程在h=1.25 mm时最好,壳程则在h=0.5 mm时最好。引起这些变化的原因主要是由于随缩放节距与缩放肋高的增加,管程和壳程通道内的回流区不断增加,在回流区的增加造成阻力增加的同时,也改善了速度场与温度场的协同性,从而使二者的传热性能增强。最后将管程和壳程作为一个串联的整体进行综合考虑,得到整个换热器的综合传热性能在l=15 mm,h=0.75 mm时达到最佳,综合因子η=1.136~1.155(壳侧Re=27900~41900)。     

缩放管内带衰减性自旋流的复合强化传热研究

以水、质量分数50%和85%的甘油为工质,对缩放管内分别插入的10种不同结构形式旋流片的传热性能进行实验研究.结果表明:相同实验流量范围内,以传热强化综合因子η为目标,在水为介质下,η均小于1,不适用.在质量分数50%甘油为工质下,旋流片的扭率为2.52,旋转角为180°,间距为383 mm时,η最大,在1.08-1....     

缩放管内带衰减性自旋流的局部性能

The distributions of thermal resistance in viscous sublayer,buffer region and turbulent core region,local flow resistance and local heat transfer characteristics at different locations downstream of the twisted-tape element were numerically studied in a converging-diverging tube inserted with spaced twisted-tape element by analyzing the attenuation of self-sustaining swirl flow.The results showed that the local performance was poor as thermal resistance was too concentrated in its distribution for a particular region.The more uniform the distribution of thermal resistance,the better the local performance.The local performance reached its best when the fluid just left the spaced twisted-tape,in which the flow resistance dropped substantially but the enhancement of heat transfer was still significant.The self-sustaining flow was maintained at a long distance.The best performance was at the length of 36.85 times the diameter,increasing by 6.8% compared with a converging-diverging tube.     

扭曲三叶管传热与流阻性能的数值研究

扭曲管换热器是一种新型高效换热器。在扭曲管强化传热机理研究的基础上,提出了一种新的扭曲管管型--三叶管。验证了标准k-ω湍流模型在圆管及扭曲椭圆管计算中的精确度,并采用该湍流模型对扭曲三叶管Re在4000～20000范围内的传热和流阻性能进行了研究。计算结果表明,扭曲三叶管的Nusselt数比扭曲椭圆管大,虽然压差增大较多但综合传热性能比扭曲椭圆管高。这是由于扭曲三叶管特殊的三叶区结构以及过渡区曲率的变化,使得三叶管内的螺旋流动比椭圆管更为复杂,速度场与温度梯度场的协同程度更好。随着Reynolds数的增大扭曲三叶管的压差及Nusselt数都逐渐增大,但综合性能逐渐降低,在低Reynolds数下扭曲三叶管的强化传热效果较为明显。内切圆直径及过渡圆弧直径越小,扭曲三叶管的综合性能越好,其中内切圆直径的影响更为显著。     

扭曲管传热性能数值模拟与实验研究

为了研究扭曲管强化传热性能,通过建立模型数值模拟和实验研究相结合的方法对扭曲管及具有相同截面形状的普通椭圆管的传热性能进行了对比分析。研究了扭曲管和椭圆管管内流体努塞尔数Nu,压力降Δp和管内综合性能评价因子η随雷诺数Re的变化情况,在Re为800—2 000时,扭曲管管内Nu是普通椭圆管的2—3倍,综合传热性能是椭圆管的1.5—2倍。得出了扭曲管可以很好地加剧管内流体湍流、强化管内传热,特别适用于管内流体在低雷诺数范围内的传热,是一种十分高效的强化传热管。     

扭曲扁管管内流动与传热的三维数值研究

利用计算流体力学和数值传热学的方法,对扭曲扁管三维模型的流动与传热性能进行了数值模拟计算和理论分析,研究了管内流体的Re,Pr以及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响,结果表明,扭曲扁管具有较好的强化传热效果,在管内流体具有高Pr低Re数的条件下,其强化传热效果尤为明显。根据数值计算的结果数据,拟合出了努塞德数和阻力系数的准则公式,对扭曲扁管工程实际应用具有一定的参考价值。     

螺旋扭曲扁管换热器传热与流阻性能试验研究

对4种不同结构的螺旋扭曲扁管换热器的管程和壳程传热与流阻性能进行了试验研究,并和采用圆管作为换热管的弓形折流板换热器进行了比较,根据试验数据回归出反映螺旋扭曲扁管换热器管程和壳程传热与流阻特性的关联式。研究结果表明,螺旋扭曲扁管换热器管程与壳程都有较好的强化传热性能,螺旋扭曲扁管的几何尺寸和流体Re对其管、壳程传热与流阻性能有重要影响。     

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。