内插自旋直齿扭带换热管压降及流场数值模拟

为了直观地描述内插自旋直齿扭带管内压降及流场的特性,建立了以水为介质的内插自旋直齿扭带换热管内流场的计算模型,采用RNGk~ε湍流模型对管内压降及流场的特性进行数值模拟研究。计算结果表明,扭带管的压降Δp与流体的流速u成抛物线关系,压降随着流速的增大而增大,并且大于空管的压降;扭带管的流体呈有规律的三维螺旋状流动,且存在二次流,扭带的直齿结构增强了流体的湍流程度;在近管壁区域,扭带管的流体轴向速度比空管平均提高幅度在33.05%~35.17%。     

2种材质自旋扭带的转动与压降特性

换热管内置的自旋扭带由薄金属片或塑料片制成,为探明这2种材质扭带的转动和压降特性,选用铝和聚丙烯2种材质的自旋扭带为研究对象,对比分析结构参数和流量对这2种材质扭带转动和压降特性的影响规律。分析结果表明:2种材质扭带转速和压降随流速增大而增大;扭带的宽度和扭率越小,转速越高;扭带的宽度越大且扭率越小,则压降越大;在相同宽度和扭率条件下,聚丙烯扭带的起转流速低于铝制扭带。在相同流速及结构参数一致的条件下,铝制扭带转速高于聚丙烯扭带,而压降反之。根据试验数据拟合出内置铝制或聚丙烯扭带后换热管的压降增量和阻力系数关联式,其预测值与试验值对比的平均绝对误差分别为2.1%和2.3%。研究结果可为工程中扭带的选型提供参考。     

上行光管内置铝制扭带的换热与阻力试验研究

针对换热器在工业生产中不可避免地产生污垢,严重影响换热器性能的情况,内置扭带是一种已被证实兼有防垢除垢及强化传热的双重作用的技术。介绍了铝制扭带的换热试验研究方法。在改造的传热试验设备中,通过将9种不同结构参数的铝制扭带放置到换热管内,调节冷水阀,观察扭带在预计流量起转时进行传热试验。结果表明,内置扭带的换热管的总传热系数大于光管的数值,增大范围为9%~20%,内置扭带具有良好的强化传热作用。采用线性回归得到了与扭带结构参数相关的摩擦因数和努塞尔准数关联式,并通过性能评价,得到了评价因子=1.13~1.25,证明铝制扭带具有强化传热的实用价值。     

不同材质换热管内流体诱导振动阻垢技术研究

采用CaCO3饱和溶液作换热介质 ,对常规碳钢和不锈钢制作的光管换热管和内置圆珠构件换热管开展了防止污垢沉积的实验研究。实验研究结果表明 :(1)换热管内置圆珠构件使管内流体出现卡曼涡街现象 ,增加流体湍流度 ,破坏了壁面附近的层流层 ,可限制污垢在壁面沉积 ;(2 )内置的弹性珠构件在流体带动下不断与邻近管壁碰撞、冲刷 ,诱导流体振动使沉积在管内壁的污垢自行脱落 ,具有自清洁效果 ;(3)内置弹性珠对碳钢和不锈钢具有相同的阻垢效果     

管内气体侧扭带阻力特性及强化传热特性

利用Pro/e软件建模得到扭带模型,采用Fluent软件对换热管内的流场进行模拟,研究了扭率(Y)分别为12.0,8.5,5.0的扭带在管内的阻力特性和强化传热特性。实验结果表明,选择网格数为8.13×106的扭带模型较适宜。插入扭带管的管内压降大于光管的管内压降,随雷诺数(Re)的增大,管内压降增大,且Y越小管内压降越大。插入扭带后,随Y的减小,达西摩擦因子(λ)不断增大。Y越小,管内流体的二次流流速越大,温度场与速度场协同的程度更好,换热效果得到强化。所建立的拟合曲线λ=3.328Re-0.286Y-0.394和Nu=0.115 4Re0.707 7Pr0.333Y-0.078 75(Nu为努赛尔数,Pr为普朗特数)拟合度高,利用λ,Nu,Re,Y关联式可进行扭带选型。     

内置螺旋弹簧换热管的换热研究

采用自行设计的套管传热实验装置及流程 ,进行了内置螺旋弹簧换热管的换热性能实验研究。实验研究结果表明 ,换热管内置螺旋弹簧时总的传热系数K值比无弹簧时要大 ,说明内置弹簧可提高换热效果 ,且弹簧振动时 ,传热系数达到最大 ;在相同当量流量情况下 ,换热管内置弹簧可明显增加管内阻力降 ,且阻力降受弹簧刚度和长度影响 ,但弹簧振动时阻力降趋于一致 ;弹簧与换热管内壁的摩擦可缓解管内壁结垢 ,实现换热器的长期高效运行     

齿状凹槽型扭带在圆管中强化传热性能的数值模拟研究

研究了一种新型内置齿状凹槽型扭带，并基于ANSYS Fluent软件在Re=800～1 600下，对换热管内插入新型齿状凹槽型扭带的传热与阻力特性进行数值模拟研究。模拟结果表明，内置不同长径比的齿状凹槽型扭转扭带，换热管的平均Nu、阻力系数、综合性能评价因子（PEC）与场协同数（I）均随着扭带长径比的减小而增大；将不同长径比的齿状凹槽型扭带与传统SK型扭带进行对比研究，齿状凹槽型扭带的PEC与I都要高于传统SK型扭带。     

不同扭距扭曲管管内流场的数值模拟

通过运用计算流体力学(CFD)三维数值模拟的方法对比研究了不同扭距的标准椭圆截面扭曲换热管内流动特性,分析了相同设计参数下,不同扭距扭曲管对换热性能的影响。结果表明:以单位压力损失下的传热系数(α=K/(ΔP/L))大小作为衡量换热管内性能的标准,扭距为8至9倍长轴当量直径时,在相同入口流速和出口压力条件下,使得换热器换热管内综合性能达到最优。这对扭曲管换热器工程应用的优化设计和科学研究提供了参考依据。     

不同针翅形状换热管的数值模拟

以水和柴油为换热对象,对三种不同针翅形状的换热管压降Δp、总换热系数K、综合换热性能ho/Δp进行数值模拟,得出滴形针翅换热管的传热和阻力性能均较圆柱形针翅管的好,椭圆形针翅管的传热性能不及滴形和圆柱形针翅管,但阻力是三者中最小的结果.     

波节管换热器传热特性试验研究

对3种不同几何尺寸的波节管和光管的换热及其阻力特性进行了试验研究,结果表明,波节的存在增加了对流体流动的扰动,提高了波节管的换热能力.波节管的换热能力随波节长度与波深比值的减小而增加,波节管比光管的传热系数与阻力压降比K/△p提高了1.57～4.09倍.