扁管换热器内纵向涡强度与换热强度对应关系

纵向涡强化传热技术在管翅式换热器中得到了广泛的应用。但是一直以来对纵向涡强化传热的研究主要停留在涡产生器结构参数及布置方式对换热的影响方面,文献对纵向涡强度与换热强度之间定量关系的研究鲜有报道。建立了采用纵向涡强化传热的扁管管翅换热器数值模型,采用二次流强度参数Se分析了翅片及涡产生器结构参数变化时,通道内纵向涡强度与换热强度之间的定量关系;并定量分析了通道中涡产生器引起的纵向涡强度增量与传热强化量之间的定量关系。结果表明:翅片及涡产生器结构参数变化时,Nu、Se与Re之间,以及阻力系数f与Re及Se之间均不存在定量对应关系,但Se与Nu以及?Se与?Nu之间存在对应关系。这表明,在布置有纵向涡产生器的扁管管翅换热器翅侧通道内,纵向涡强度决定了通道内的换热强度。     

换热器通道内反向旋转纵向涡间的干涉特性

纵向涡能以较小的压力损失获得较大程度的传热强化,在换热器空气侧强化传热中得到了广泛应用。换热器通道内通常存在多个纵向涡,纵向涡之间的干涉会不可避免地影响纵向涡的强度和强化传热性能。建立了换热器通道中旋转方向相反的两个纵向涡之间的干涉模型,通过数值方法分析了不同涡产生器横向间距下纵向涡之间的干涉现象。通过纵向涡强度定量研究了涡间干涉对纵向涡强度、流动阻力以及强化换热的影响。结果表明:旋转方向相反的两个纵向涡之间的干涉随着涡产生器间距的减小而增大;在涡产生器间距为零时纵向涡间干涉程度最大,纵向涡强度Se、Nu以及阻力系数f的变化量均达到最小值;在本文计算参数范围内,纵向涡引起的Se和Nu的变化量最大差别达到45%和50%,f的变化达到38%;纵向涡干涉并非一定不利于换热,纵向涡干涉后的流动结构影响其强化传热性能。在涡产生器横向间距为涡产生器底边横向投影长度的2倍时,可以利用纵向涡干涉获得最佳传热性能。     

涡产生器翼高对管翅式换热器流动与传热的影响

采用数值模拟方法分析了三角形小翼式涡产生器翼高分别为1.5、1.75和2.0mm时对圆管管翅式换热器空气侧传热及纵向涡强度的影响。结果表明:在相同Re下,随着翼高的增加,Nu、阻力系数f以及量纲1二次流强度Sem都增大;所研究各模型的Sem与Nu呈唯一对应关系,并且获得了Sem与Nu的定量关系;以强化传热因子JF作为评价准则,得出翼高为1.75mm时能够使换热器获得较优的综合强化传热效果。     

涡产生器翼高对管翅式换热器流动与传热的影响

采用数值模拟方法分析了三角形小翼式涡产生器翼高分别为1.5、1.75和2.0 mm时对圆管管翅式换热器空气侧传热及纵向涡强度的影响。结果表明：在相同Re下,随着翼高的增加,Nu、阻力系数 f 以及量纲1二次流强度Se_m都增大;所研究各模型的Se_m与Nu呈唯一对应关系,并且获得了Se_m与Nu的定量关系;以强化传热因子JF作为评价准则,得出翼高为1.75 mm时能够使换热器获得较优的综合强化传热效果。     

涡产生器翼展对每管六涡扁长椭圆管管片式换热器传热与阻力性能的影响

应用萘升华传质/传热比拟实验方法,研究了固定片间距、相同三角翼形涡产生器翼高比和攻击角条件下,涡产生器翼展改变时每管六涡扁长椭圆管管片式换热器换热板芯的换热和阻力特性,分析了涡产生器翼展的变化对错排椭圆管管片式换热器强化传热与阻力特性的影响.研究结果表明,当涡产生器的翼展增加时,一方面换热板芯的传热性能有较大幅度的改善,另一方面实验板芯的阻力系数增大得也很快.利用传热因子与阻力系数比值的综合评价结果表明,涡产生器翼展较小时扩展表面的换热性能较好,从而为该型换热器设计提供了一定的理论依据.     

涡产生器结构参数对管片式换热器局部传热特性的影响

通过萘升华传质/传热比拟实验,研究了涡产生器攻角θ、形状角β及跨局Δy对顺排圆管管片式板芯传热特性的影响.结果表明,涡产生器可显著改善圆管尾部回流区的换热;对给定的Re数,Nu数随攻角的增大而增大;适当减小形状角可以扩大涡旋的影响区域,从而使换热增强;当Re数较小时,适当减小跨距会更有效地改善圆管尾部回流区的换热.     

翼型涡发生器对半圆形螺旋通道的换热强化机理

为考察不同形状和布置方式的翼型涡发生器强化半圆形截面螺旋通道的换热特性,对单一以及安装了jxjs、jxjk、sjjs和sjjk 4种涡发生器的螺旋通道内流动与换热特性进行了数值研究,数值模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明,研究范围内涡发生器前后180°范围内的换热壁面平均Nusselt数与单一通道的相应值之比的平均值在1.044～1.074之间,流动阻力系数f/f₀在1.105～1.188之间。对传热效果而言,矩形翼优于三角形翼,对翼渐缩布置优于渐扩布置。涡发生器产生的纵向脱落涡旋改变了原有的二次流场结构,改善了速度场和温度场的协同性,强化了传热。安装jxjs和sjjs型涡发生器的复合二次流场分别为4涡和2个大涡结构,Re=8000时两者在通道内强化换热作用范围分别可达10.47和12.56倍翼高的距离。     

内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性的对比分析

内插扰流元件是一种可操作性强的管内强化传热方式,其强化传热机理主要是在管内诱导产生了二次流。在均匀壁温热边界条件下,对内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性进行了数值分析。研究发现：在扭带基础上裁去部分面积相同的条件下,管内插等腰梯形涡产生器的换热能力最强,直角梯形涡产生器次之,矩形涡产生器的换热能力最差,管壁上的局部Nusselt数的峰值所在圆周位置及其大小与涡产生器形状有关,而不同形状的涡产生器对管内流动的阻力系数影响较小。插入涡产生器后,管内二次流强度参数Se和平均Nusselt数Nu均随Reynolds数Re的增大而增大,二者随Reynolds数Re的变化规律具有一致性。平均Nusselt数Nu与二次流强度参数Se呈幂函数相关,内插涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

三种翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察大管径下不同翅片形式对空气侧强化传热的影响,对6排平直,开缝、纵向涡翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究,发现开缝翅片的传热性能高于纵向涡翅片和平直翅片,但相应阻力也增加,在试验的Re数范围内整理出了传热和阻力的关联式,并分别在相同质量流量、相同压降和相同泵功三种准则下对三种换热器进行了传热与阻力的综合比较,结果表明开缝翅片综合性能高于平直翅片和纵向涡翅片.     

正弦形和三角形波纹板间通道换热的数值模拟

为研究波形对波纹板换热性能产生的影响,建立了不同波高下的三角形、正弦形波纹板间通道的局部三维模型,通过数值模拟得到了各通道不同工况下的努塞尔数Nu和摩擦因子f,并对不同参数波纹板的Nu和f进行了比较。同时,文中引入了二次流强度概念,将其改进为适用于波纹板间通道换热情景的平均壁面涡强概念,定量分析了平均壁面涡强与Nu的关系。研究结果表明:平均壁面涡强与Nu间存在定量对应关系,同样情况下,大波高的三角形波纹通道有着更大的Nu,f和壁面平均涡强;而通过牺牲阻力来增强波纹通道内漩涡强度进一步增强换热,是一个随阻力增大收益逐渐降低的过程。     

并流多通道管壳式换热器壳程传热性能

对并流多通道进出口(MPC)轴流管壳式换热器壳程传热性能进行数值模拟,分别研究了管排数N,Re,不同开孔率的挡板对壳程进口段的局部传热系数分布、局部平均Nu的分布、换热器的平均Nu等特性的影响。结果表明:在无挡板条件下,随着N的减小,壳程传热系数分布不均现象得到有效的遏制,N=7时基本上无传热死区。挡板的存在,不但使得进口段的局部传热系数分布更加均匀,而且能够提高换热器的整体传热Nu。不同参数的挡板之间,挡板1的作用最为明显,可以使得Nu提高10%—12%。     

螺旋折流板管壳式换热器壳程局部传热及流阻

文中对螺旋折流板管壳式换热器壳侧局部传热、局部流速及阻力性能进行了实验研究,测量结果表明,其壳侧局部传热膜系数与点速度是沿换热器的径向距离增大而增大,且局部传热膜系数的变化规律与相应点速度变化规律相一致。所取6个测量位置点分布较为均匀,基本上反映了换热器局部相应换热及流场分布规律。同时文中归纳出换热器壳侧的平均努塞尔准数Nu与雷诺准数Re的关联式及流动阻力系数f与雷诺准数Re的关联式,为换热器的实际运用提供了参考依据。     

一种扁管管翅式换热器的高效数值设计方法

传统的数值模拟方法计算量大,计算时间长,很难满足现代工业发展的需求。以扁管管翅式换热器为例,采用适体坐标与最佳正交分解（POD）相结合的方法构建了低阶模型,在等热流边界条件下对扁管管翅式换热器中流动与传热过程进行计算,并将POD计算结果与有限体积法（FVM）计算结果进行了对比。结果表明：POD方法能准确地捕捉到不同数量参数变化情况下的温度场及速度场信息。对于3变量工况重构速度场及温度场的相对偏差平均值的最大值分别为1.90%、0.308%。采用POD方法在保证计算精度的前提下将FVM计算速度最大能提高3093.4倍。研究对于提高扁管管翅式换热器数值设计效率、拓展POD方法的工程应用领域有一定的理论参考价值。     

单弓折流板管壳式换热器壳程局部传热及流阻研究

对半圆形单弓折流板管壳式换热器壳侧局部传热性能、局部流速及阻力进行了实验研究,测量结果表明,其壳侧局部传热膜系数的变化规律与相应点速率变化规律相一致。所取24个测量位置点分布较为合理,基本上反映了换热器局部相应换热及流场分布规律。同时归纳出换热器壳侧的平均努塞尔准数Nu与雷诺准数Re的关联式及流动阻力系数f与雷诺准数Re的关联式,为换热器的实际运用提供了参考依据。     

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.     

三角形纵向涡在管翅式换热器的应用及优化

纵向涡能够在增加管翅式换热器换热系数,同时较小幅度地增加其流动阻力。本文通过对4种结构的翅片(未进行任何处理的平翅片,结构为高为H3/6、H4/6、H5/6且攻角为30°长高比为2)进行数值模拟。结果显示安装纵向涡发生器的翅片的传热系数明显增强,且最高增加49%。在换热系数增加的同时阻力系数j也有明显的增加。其中安装纵向涡H5/6型翅片的阻力因子增加最小与平翅片几乎相同。最后本文通过对综合评价因子j/f的比较得知安装H5/6型纵向涡翅片具有最好的综合效果。     

内插梯形扰流片的矩形通道内涡流和传热特性

利用Realizable k-ε湍流模型对带缺口的梯形扰流片进行流动和传热特性的数值模拟,研究了梯形扰流片的缺口位置及流动方式对矩形通道内流场以及传热的影响,同时通过对涡量、流线、流速分布、压力变化、湍流强度等的分析,揭示了扰流片强化传热的机理。结果表明,逆流时Nusselt数比顺流时提高了21.7%,同时摩擦因子也提高了25%。顺流时内侧缺口绕流片提高了传热系数的同时也增加了摩擦阻力,而外侧缺口的绕流片降低了传热系数同时也降低了形状阻力。研究发现较低Reynolds数下(10000相似文献