内置螺旋弹簧换热管内流动与传热三维数值模拟

为研究内置螺旋弹簧换热管单管强化传热原理,采用Fluent软件对内置螺旋弹簧换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟,考察了弹簧的应用对管内流场、压降和换热性能的影响,并分别取螺旋弹簧节距p分别为2 mm、4 mm、5 mm初步研究了弹簧的节距对强化传热效果的影响。模拟结果显示：弹簧管内流体呈螺旋流动状态,管壁附近流体切向速度和径向速度有一定程度的提高,从而加剧了管内流体的混合及边界层的扰动,充分换热,弹簧管进出口温度差较光管有所增加,最高增加了0.9 ℃;相同雷诺数条件下,内置螺旋弹簧换热管Nu数均高于光管,而压降和阻力系数相比光管有明显增加,随着弹簧节距减小换热增强而摩擦阻力系数增加。     

内置螺旋叶片转子换热管传热和阻力特性的实验研究

本文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,通过实验研究了传热和阻力特性。实验结果表明,在相同的雷诺数条件下,内置螺旋叶片转子换热管的努塞尔数明显高于光管的努塞尔数,说明具有良好的强化传热效果;内置螺旋叶片转子换热管的阻力系数显著高于光管阻力系数,说明在强化传热的同时,使得管内阻力随之增加。此外,作者借助多元线性回归方法,建立了内置螺旋叶片转子换热管的努塞尔数与阻力系数的经验关联式。     

内置组合转子换热管的综合传热性能

  对螺旋叶片和开槽螺旋叶片两种结构组合转子的综合传热性能进行了实验研究。与光管相比,两种转子都显著提高了换热管内的传热性能,装有螺旋叶片转子和开槽螺旋叶片转子换热管的努塞尔数分别比光管提高了1.06～1.26倍和1.03～1.15倍,引起的阻力系数分别比光管增加了60%～68%和36%～51%。螺旋叶片转子对管内传热性能的提升更为显著,但其引起的管内阻力系数也较大。综合考虑传热和阻力两方面因素,对两种转子结构的综合评价指标值进行比较,开槽螺旋叶片转子具有更好的综合传热性能。     

内插扭带强化换热过程及最佳螺距研究

与普通换热管相比,内插扭带传热管内由于螺旋涡的存在,使管内介质压力梯度增加、流速加快,从而提高管内传热系数。采用了FLUENT数值模拟计算,以水为管内流体介质,对内插扭带管进行传热特性分析。结果表明,随着雷诺数增大,努塞尔数呈直线增大,而摩擦阻力系数呈指数型减小;并且在相同雷诺数条件下,内插扭带管的摩擦阻力系数和努塞尔数均大于光管;通过综合因子评价方法确定了内插扭带强化换热的最佳螺距为50 mm,并且该方法适合于小雷诺数流动条件下的强化换热。     

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。     

换热管内插螺旋强化传热的数值模拟

换热管内插入钢丝螺旋改变了管内的流动状态。通过数值模拟,研究内插螺旋换热管内速度场与温度场的分布特性,对空管和内插螺旋换热管进行了比较。模拟结果表明,在相同条件下,内插螺旋能够有效地改善换热管内速度场和温度场,验证了管内插螺旋是提高换热性能的有效手段。     

管内插入螺旋翅片流动与传热特性的数值模拟

为研究管内插入螺旋翅片在低雷诺数下流动与传热特性,利用层流模型和周期性边界条件进行了3维数值模拟,以水为介质,在恒热流条件下,分别选取4种不同螺旋翅片高度(h=2、4、6、8 mm)和节距(P=20、40、60、80 mm)组成的16组结构参数,并对每组结构参数在两个不同雷诺数(Re=450、650)下进行模拟;讨论了螺旋翅片高度和节距对努赛尔数、阻力系数、综合性能、场协同性能和涡量的影响。结果发现,内插螺旋翅片能够显著强化换热,在较小片高时,翅片节距之间容易产生横向漩涡;除节距和片高同时较小的情况外,努赛尔数和阻力系数随节距增大而减小,随片高增大而增大;适当选择片高和节距数值,可以提高综合换热性能。     

内插螺旋弹簧换热管传热特性试验研究

对内插螺旋弹簧管和光管的换热及其阻力特性进行了试验研究,结果表明,内插螺旋弹簧的存在增加了对管内流体流动的扰动,使换热管具有较好的传热效果。内插螺旋弹簧换热管的强化传热综合性能比光管提高了1.57～2.54倍,内插螺旋弹簧管的综合性能好于光管。     

水平螺旋扁管内载气汽油蒸气的凝结换热

采用实验的方法,研究了空气质量含量在2%～13%范围内,汽油蒸气在水平螺旋扁管内的凝结换热,并与同样条件下水平光管内的凝结换热进行了对比分析。实验结果表明,随着不凝气体质量含量的增加,螺旋扁管内的凝结换热减弱,在相同条件下,螺旋扁管的平均换热系数高于光管。同时,提出了水平螺旋扁管内凝结换热的实验关联式。     

内插自振弹簧换热管流动与传热特性的数值模拟

对9种不同几何参数的内插自振弹簧换热管和光管的换热及其阻力特性进行了数值模拟。结果表明,内插自振弹簧换热管的存在增加了对流体流动的扰动,破坏了管内侧的层流层,起到了扰流的作用,提高了换热管的换热能力。内插自振弹簧换热管比光管的强化传热综合性能Nu/ξ1/3提高了1.03～3.21倍。内插自振弹簧换热管强化传热综合性能均优于光管。     

纵肋管束换热器特性研究

对纵肋管束换热器的传热、阻力特性进行了试验研究,得出其实验关系式.以此分析管束节距的影响,指出横向节距是决定纵肋管束流阻的首要因素,增加横向节距将大幅度减小流胆;而横向节距和纵向节距对换热的影响程度基本相同.对于1组节距为S_t/D=3.29、S_l/D=1.6的纵肋管束,其实际换热系数可增加9%～12.5%,流阻系数可降低15%～65%.结果表明,纵助管束具有低流阻特性和较强的传热强化作用.     

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。     

螺旋叶片转子强化传热机理分析

以螺旋叶片转子为研究对象,对转子的强化换热机理进行理论分析,提出螺旋叶片转子3种强化传热机理,包括截面收缩效应强化、螺旋流动效应强化以及二次流效应强化。采用理论推导的方法,建立湍流区内Nusselt数预测关联式以及压力降预测关联式,从而预测转子几何参数等对转子强化传热特性及阻力特性的影响。同时,将关联式预测结果与对应的强化传热实验结果进行对比,对比结果表明:推导得出的Nusselt数预测关联式计算值与实验得到的Nusselt数之间的最大偏差为7.4%,阻力系数的预测关联式计算值与其实验值之间的最大偏差为10.1%。     

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。     

结构参数对螺旋槽管传热与阻力性能影响的研究

利用计算流体动力学方法,研究了不同雷诺数下,几何尺寸对螺旋槽管传热及阻力性能的影响,结果表明,螺旋槽管在凸肋部前后产生了二次涡流,由螺旋形槽道形成的旋流都对边界层形成了扰动,传热性能得到了提高,同时也增加了阻力.在雷诺数相同时,槽越深,换热性能越好.同时流动阻力也有所增大;螺距、槽半径越大,换热效果降低,流动阻力也随之...     

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。     

不同倾角螺旋叶片转子综合传热性能数值模拟

对叶片倾角在30°～60°之间的7种开槽螺旋叶片转子的湍流流动与传热特性进行了数值模拟研究。数值模拟采用RNG 湍流模型,采用SIMPLE算法进行速度和压力的耦合,对管内壁面采用强化壁面处理法。选取管程入口流量为2.6 m3/h时管程中部截面的速度场、温度场和湍流强度进行了分析,结果表明,开槽螺旋叶片转子可在换热管内引起旋流,增强管内流体湍动,促进对流传热。考虑转子引起传热和阻力两方面因素,采用综合评价指标PEC对7种不同倾角转子进行比较,叶片倾角为60°的开槽螺旋叶片转子具有较好的综合传热性能。