螺旋转子的结构参数对管内换热影响的数值研究

管内插入物是一种强化管内换热的有效方法,内插可以旋转的结构在强化换热的同时还具有良好的除垢效果。数值研究了内插螺旋转子的管内流动与换热,发现与光管相比,换热强化30%,而阻力则为光管的6～7倍。数值计算结果表明,叶片与管壁间隙、转子螺旋节距的增加以及转轴半径的减小,可引起转子转速不同程度的减小,从而导致管内Nusselt数和阻力系数的减小。适当增加转子螺旋节距,减小转轴半径及叶片与管壁间隙,可使其强化换热性能更优。     

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。     

螺旋椭圆管换热器传热特性与阻力特性研究

旨在研究螺旋椭圆管式换热器管内流动换热性能。借助CFD数值模拟方法分析了流体入口角度θ和椭圆截面长短轴之比a/b对螺旋椭圆管式换热器管内流动和换热的影响,并且利用综合传热增强因子PEC评价了换热器的综合换热性能。结果表明:螺旋椭圆管内存在二次流,导致螺旋椭圆管截面内温度梯度和速度梯度径向分布不均;在研究范围内,θ增大,努塞尔数Nu增加,摩擦系数f提高,综合换热性能增加;θ>45°时,螺旋椭圆管综合换热性能优于螺旋圆管。θ一定时,a/b越大,综合换热性能越好。通过对多种不同结构的螺旋椭圆管进行多工况数值模拟后,修正了现有的准则关联式,提高了准则关联式的准确度。     

矩形螺旋通道气液两相流流动和传热特性数值研究

采用Eulerian模型对矩形截面螺旋通道内气液两相流进行数值模拟,研究了螺旋通道内不同轴向位置气液两相流动的速度分布、相分布和温度分布特性,并分析无量纲螺距对速度分布、温度分布、单位长度压降和换热系数的影响。对水动力模型数值结果与实验结果、传热模型数值结果与实验关联式进行对比,结果表明:在一定范围内,无量纲螺距的增加使得速度场、温度场变化梯度增大,同时壁面换热系数稍有增大;超过无量纲螺距临界值,速度场和温度场的变化梯度随无量纲螺距的增加而减小;随着无量纲螺距的增加,单位长度平均压降稍有增加,并且增加的幅度逐渐减小;无量纲螺距对相分布特性几乎无影响;随着入口截面含气率的增加,单位长度平均压降和换热效果提高。     

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。     

污垢对管内层流对流换热场协同影响的数值研究

利用数值分析的方法,研究了污垢对管内层流对流换热速度场、温度场及它们之间协同度的影响。结果表明,在流速不变的情况下,污垢层厚度增加,管壁的对流换热系数增大,流场和温度场的协同性增强,但总传热效果变差。     

基于PIV法的管内插螺旋液固两相流流场特征

为探究管内插螺旋与液固两相流复合技术对流场与传热的影响机理,采用粒子图像处理技术(PIV)实验研究管内流体的涡量场及速度场分布规律。对比实验结果表明:内插螺旋液固两相流使流体呈螺旋流动,且增大流体的运动强度。在雷诺数Re=26 400～33 000,总平均涡量比光管增大21.4%～35.8%;径向速度呈正负波动分布,平均径向速度为光管的6.5～19.8倍,径向速度波动为光管的51～609倍;轴向速度沿壁面向管中心递增,轴向速度波动比光管增大41.5%～60.6%;平均湍动能比光管增大162.7%～254.6%,因此内插螺旋液固两相流复合技术更有利于传热。     

螺旋套管换热器壳程流体湍流换热热力性能数值研究

利用计算流体力学软件对内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的湍流流动和换热性能进行了数值模拟。通过与内管为光管的研究结果对比,揭示了内管为螺纹管时壳程流体的速度场和温度场分布,研究了雷诺数、槽高对壳程流体湍流流动及换热性能的影响,并利用场协同原理初步揭示了螺纹复合螺旋流动强化流体换热的机理。结果表明,螺纹内管的螺纹凸起对螺旋套管换热器壳程流体的扰流和导流作用明显,在研究范围内(Re=10000～24000),内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的传热效率较内管为光管的模型最大提高了22.1%;结构参数相同时,随着Re增大,螺旋套管换热器壳程流体的Nu逐渐增大,阻力系数f逐渐减小,综合评价因子Ψ逐渐减小,在研究范围内,Nu最大增加了85.6,f最大减少了0.008,Ψ从1.35减小至1.18。当Re一定时,当量高度h’增大,f逐渐增大,Nu先增大后减小。由场协同原理分析得出,h’=0.220时,在螺纹凸起扰流和导流的作用下壳程流体的温度场与速度场协同性能较好,综合评价因子Ψ最大,螺纹的优化当量高度h’宜取约0.220。     

扭曲椭圆管内降膜蒸发特性研究

高效换热管有利于提高降膜蒸发器的传热性能,通过FLUENT软件对扭曲椭圆管内降膜蒸发过程进行研究,分析了液膜在扭曲椭圆管内的流动以及分布情况。研究结果表明:液膜在扭曲椭圆管内为螺旋流动,因离心力的作用会在垂直于主流方向产生二次流,从而增强对传热边界层的扰动;从壁面到液膜表面,液膜速度及压力都在逐渐增大,速度的变化率在逐渐地减小;相比于圆管,扭曲椭圆管内的液膜流动更为平稳,且液膜厚度的分布因扭矩的存在而具有一定的周期性变化规律;在扭曲椭圆管内,流体速度场与温度场的协同性相对来说比圆管的好,而速度场与压力场的协同性比圆管的差。     

扭曲椭圆管换热器的数值模拟及场协同分析

为了分析换热管几何参数对扭曲椭圆管换热器管程和壳程的传热与压降性能以及场协同关系的影响,今运用Fluent 6.3.26对不同几何参数的扭曲椭圆管换热器的管内和管外对流传热进行了数值模拟,并编写UDF程序计算温度场与速度场的夹角,即场协同角。结果表明:Realizable k-ε模型相对更好地模拟出扭曲椭圆管换热器管内和管外的流场和温度场,努赛尔数Nu以及摩擦系数f与实验结果的差别都在5%以内。在扭曲椭圆管换热器的管程和壳程,Nu和f都随着扭曲椭圆管长短轴比的增大而增大,随着扭矩的减小而增大。基于场协同理论分析,协同角随Re的变化不大,但不同几何参数的扭曲椭圆管管内和管外的协同角都存在差异,二次流的出现优化了速度场以及温度场分布,减小了速度场以及温度梯度场之间的夹角,实现强化传热。