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。     

扭曲扁平管结构对管内传热强化与阻力特性的影响

采用CFD数值计算方法,以水-空气为换热系统、水为管内流体,研究了扁平度、扭距等结构和流动参数对扭曲扁平管传热强化和阻力特性的影响规律,建立了适用于扭曲扁平管对流换热系数和Fanning摩擦因子的准数关联式。结果表明:扭曲扁平管产生的二次流对管内对流传热起到强化作用,雷诺数Re为6 000~18 000时,综合传热性能评价因子η为1.01~1.61;增大扁平度能够提高扭曲扁平管的综合传热性能;减小扭曲比虽然能够提高扭曲扁平管的对流换热系数,但阻力损失增加,且不利于提高扭曲管的综合传热性能。     

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。     

螺旋槽管内流体传热性能数值研究

研究了螺旋槽管内径Di、螺距P、槽深e等各因素对管内流体传热性能的影响,用数值模拟法进行传热系数数值计算,并与相同材质、相同直径和壁厚的光管同步对比。对计算结果进行线性回归处理,确立Nu与Re的关联式。结果表明,螺旋槽管具有较好的传热强化作用,在同等Re工况下,其传热系数较光管提高10%～60%。     

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。     

管内螺旋液固两相流的流动行为及传热

利用Fluent-EDEM耦合方法对管内插螺旋线的液固两相流动与传热进行数值模拟,分析了螺旋线对固相颗粒的诱导碰撞作用和液固两相流传热性能的影响. 通过实验验证,模拟值与实验值的偏差为6.3%~13.8%. 模拟结果表明,与管内未插螺旋线对比,管内插螺旋线对液固两相流体具有诱导作用,使流体呈螺旋流状态;在流体离心力和螺旋线共同作用下,贴近管内壁运动的固体颗粒体积分数由0.44%提高到3.27%;相同雷诺数Re条件下,内插螺旋线液固两相流传热方法的努赛尔数Nu最大. 在Re≤60000范围内,内插螺旋线液固两相流的综合评价指标值均高于内插螺旋线和液固两相流单独作用方式. 因此,该技术适用于低Re下管内防垢除垢及强化传热的工况.     

自转螺旋扭带管内三维流动与传热数值模拟

建立了内置自转螺旋扭带管的三维流动模型,采用RNG k-ε湍流模型对管内流场进行了数值模拟,得到了流体的流动和传热特性.研究表明：自转扭带管内的流动是复杂的三维螺旋流动.流体在扭带与管内壁环缝区域的轴向速度比光管的大;流体在与扭带宽度等直径范围内的切向速度随半径的增大而增大,流体在扭带与管内壁环缝区域内也存在明显的切向速度,但随半径的增大而减小;而光管内流体的流动只有随机的切向运动,且其切向速度要比扭带管内的切向速度小2个数量级;扭带管流体的径向速度和湍流度也比光管的大.扭带管内流体近管壁区域轴向、切向、径向速度和湍流度的加大,强化了管内的对流传热,其表面传热系数大于光管.另外,速度场的模拟值与激光测试值进行了比较,二者吻合较好.     

螺旋槽管管内流阻和传热特性的研究

本文以空气为工质,在雷诺数Re=10~4～10~5以及较大的管参数范围内对13条螺旋槽管进行了阻力和传热实验。实验结果证明就强化管内单相流体的湍流传热而言在粗糙雷诺数e~+=10～500范围内,螺旋角β≈90°的单头管比多头管具有更好的强化传热性能。用热线风速仪测定了螺旋槽管中的速度分布,定性地分析了管内沿轴向方向湍流强度的强弱,用壁相似定律、混合长理论以及热动量传递相似理论推导了螺旋糟管的阻力和传热模型。最后对螺旋槽管的管参数进行最优化计算,并讨论了Pr数对最佳管参数和最佳操作雷诺数的影响。     

三维变形管MVR蒸发器的强化传热数值研究

蒸发器的换热性能对MVR (mechanical vapor recompression)系统有着重要影响。利用FLUENT软件,以水为介质,在雷诺数13000 Re 110000,研究了三维变形管的不同结构参数对管内传热与压降性能的影响,拟合出了计算准则关联式。模拟结果显示:由于受到离心力的作用,流体在三维变形管内产生了垂直于主流方向上的二次流,促进了边界层与主流区的径向混合,强化了传热;三维变形管的扭距S越小,长短轴比A/B值越大,强化传热效果越好,但同时压降也会增大;综合换热性能在13000 Re 60000随着雷诺数Re的增大迅速减小,在60000 Re 110000随雷诺数Re增大而逐渐趋于平稳,但仍然优于光滑直圆管,减小扭距S值比增大长短轴比A/B值更有利于提高管内综合强化传热性能。将三维变形管应用于MVR蒸发器中,节材效益显著。     

含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验

为了进一步提高不含固体颗粒流体旋流场强化传热,开展含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验,研究颗粒浓度、粒径、Re数等因素对3种扭曲管的综合强化传热性能的影响。结果表明:液固流体换热性能随着颗粒浓度、粒径、Re数的增大而提高。与单相流体比较,当粒径2 mm、颗粒浓度分布1%时,相同Re数下3种扭曲管的Nu数平均提高12.91%,13.12%和15.23%,管内流体压降平均提高60.22%,67.23%和73.16%。通过综合性能评价因子分析,当粒径为2—5 mm、颗粒浓度分布为5%,扭曲管导程为200 mm、椭圆度为1.49时具有较好的综合性能。     

圆弧切线波纹换热管内流动与传热性能的数值模拟

在雷诺数为5 000相似文献   

扭曲管强化传热性能实验研究

在设计的蒸汽-水换热实验台上测试了5种不同导程的椭圆扭曲管和圆管的传热和流动阻力性能.分别对5种不同导程的扭曲管和圆管管内流体努赛尔数,摩擦系数和管内综合评价因子随雷诺数变化情况进行了对比.实验结果表明:扭曲管的强化传热性能明显,且导程越小,强化传热效果越好.在实验测试的雷诺数范围内,扭曲管的努塞尔数为光滑圆管的1.0...     

Numerical investigation on flow and heat transfer characteristics of corrugated tubes with non-uniform corrugation in turbulent flow

Based on finite volume method, the pressure drop and heat transfer characteristics of one smooth tube and ten different axisymmetric corrugated tubes, including two with uniform corrugation and eight with non-uniform corrugation, have been studied. A physical model of the corrugated tube was built, then the numerical simulation of the model was carried out and the numerical simulation results were compared with the empirical formula.The results show that: the friction factor decreases with the increase of Reynolds number ranging from 6000 to 57000, the value of which in the corrugated tubes with non-uniform corrugation(tube 03–10) are smaller than those with uniform corrugation(tube 01–02). The geometry parameters of tube(01) have advantages on the heat transfer enhancement in low Reynolds number flow region(from 6000 to 13000) and tube(07–08)have advantages on the heat transfer enhancement in high Reynolds number flow region(from 13000 to 57000). The vortex, existed in each area between two adjacent corrugations called second flow region, is the root of the enhancement on heat transfer in the corrugated tubes. The effectiveness factor decreases with the increasing of Reynolds number and the performances of the corrugated tubes with pitch of 12.5 mm have advantages than these of 10 mm under the same corrugation geometric parameter.     

螺旋扁管换热器传热与阻力性能

对不同结构的螺旋扁管管内传热及流体阻力性能进行实验研究,并与光管比较,选出传热与流阻综合性能较好的管型。同时对2台螺旋扁管换热器及1台外螺纹螺旋扁管换热器进行壳程传热与流阻实验研究。根据实验结果给出了管、壳程传热膜系数与阻力系数的经验关联式。     

缩放管内插双扭带复合强化传热的数值模拟(英文)

The paper presents a 3D numerical simulation of turbulent heat transfer and flow characteristics in converging-diverging tubes(CDs) and converging-diverging tubes equipped with twin counter-swirling twisted tapes(CDTs).The effects of Reynolds number(Re 10000-20000),pitch length(P 11.25,22.5 mm),rib height(e 0.5,0.8,1.1 mm),pitch ratio(δ1:8,5:4,8︰1),gap distance between twin twisted tapes(b 0.5,4.5,8.5 mm) and tape number(n 2,3,4,5,6) on Nusselt number(Nu),friction factor(f) and thermal enhancement factor(η) are investigated under uniform heat flux conditions,using water as working fluid.In order to illustrate the heat transfer and fluid flow mechanisms,flow structures in CDs and CDTs are presented.The obtained results reveal that all geometric parameters have important effects on the thermal performance of CD and CDT,and both CD and CDT show better thermal performance than plain tube at the constant pumping power.It is also found that the increases in the Nusselt number and friction factor for CDT are,respectively,up to 6.3%-35.7% and 1.75-5.3 times of the corresponding bare CD.All CDTs have good thermal performance with η greater than 1 which indicates that the compound heat transfer technique of CDT is commendable for the maximum enhanced heat transfer rate.     

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。     

高效复合强化换热器的管程性能

通过搭建内螺纹扭曲椭圆管复合强化管换热器传热与压降性能测试平台,对内螺纹扭曲椭圆管复合强化管换热器的管程传热和流阻性能进行了实验研究,以实验数据为基础拟合得到其对流传热系数和流动摩擦阻力系数与管内流体Reynolds数的计算准则关系式,将内螺纹扭曲椭圆管与光滑圆管、内螺纹圆管、光滑扭曲管的管程传热、流阻以及综合性能进行对比分析,结果显示内螺纹扭曲管流动阻力略高于其他类型的换热管,传热效果和综合性能明显优于其他类型换热管。内螺纹扭曲管作为一种内螺纹和扭曲扁管强化传热技术的叠加技术,强化传热效果明显,具有重要的工程应用价值。     

横纹管的传热与流体力学特性研究

<正>横纹管是70年代中期出现的一种高效换热元件.它加工简单,制造成本低廉,可在泵功率消耗不增加的情况下,显著地强化管内流体的传热效果.因此,在化工、石油化工、动力及海水淡化等行业中引起了广泛的重视并越来越多地应用于工业.     

内插松弛扭带波节管的流动与传热特性的数值模拟

采用RNG k-ε数值模拟方法研究一种新型内插松弛扭带波节管（CLT）的流动与传热特性。将数值模拟结果与自建实验台的实验结果进行了对比验证;比较了CLT和内插松弛扭带光管（SLT）的传热性能差异;考察了CLT中扭率和余隙比对流动和传热特性的影响规律。研究结果表明CLT相比于传统的SLT,传热性能最多提高1.17倍,综合传热性能的绝对数值最多增加0.15。CLT的综合传热性能随着扭率的增加而增加,而增加的幅度却逐渐减小,高Reynolds数时减小的程度更加显著。同时,综合传热性能随着余隙比的增大而降低并且降低的幅度也逐渐减小,在低Reynolds数时明显降低,而在高Reynolds数时略微降低。综合考虑,低Reynolds数时应该选择余隙比低的扭带,而高Reynolds数时则应选择余隙比高的扭带。