新型扭带在层流中强化传热性能的数值模拟研究

提出一种新型的正反两个方向交替扭转的扭带模型,并基于ANSYS FLUENT软件在层流状态下(Re=400～18 00)对换热管中插入新型扭带的换热特性、流体阻力特性和综合性能指标进行数值模拟研究。对y=3.0,4.5,6.0三种扭率下的无缺口正反扭转扭带与传统单一方向扭带进行对比研究,并对扭率y=3.0的无缺口正反扭转扭带和带有三角、半圆及方形缺口的正反扭转扭带进行了对比计算。研究结果表明:插入不同扭率的扭带,换热管的努赛尔数Nu、摩擦系数f与综合性能PEC值均随着扭率的减小而增大;相同扭率下无缺口的正反扭转扭带在强化换热效果和综合性能表现上要优于传统扭带;扭率为3.0时,无缺口的正反扭转扭带比带三种缺口的正反扭转扭带换热效果好,而缺口的存在可以大幅度地降低插入扭带产生的摩擦阻力,且缺口的面积越大,摩擦和换热效果降低越多。     

扭带强化传热性能的数值与实验研究

通过模拟和实验的方法研究在湍流工况下(3 000Re10 000)换热器管内插入不同扭带模型后的传热特性和阻力特性。区别于传统螺旋扭带,提出一种顺时针与逆时针交替扭转的正反扭带。对不同扭率的传统扭带以及扭率为3的无缺口和半圆缺口正反转扭带进行模拟计算,并将模拟结果与实验结果进行对比验证。结果表明:在湍流流态下,雷诺数越小,扭带的强化换热效果表现越好;对不同扭率的扭带,其努塞尔数、摩擦系数和综合性能指标随扭率的减小而增大;扭率为3时,两种正反扭带的强化换热效果均优于传统扭带,无缺口正反扭带的换热效果最好;模拟计算的结果数据与实验结果数据比较,最大误差不超过8%。