基于不同截面形状的螺旋弹性管束换热器传热特性分析EI北大核心CSCD

为探究截面形状对螺旋弹性管束(spiral elastic tube bundle,SETB)换热器传热性能的影响,基于四种截面形状(四边形、六边形、椭圆形和圆形),采用双向流固耦合计算方法,对单层四螺旋弹性管束在不同入口速度条件下的振动和传热特性进行了研究。结果表明:不同截面形状的螺旋弹性管束在换热器内不同安装位置的振动响应有明显的不同。截面为椭圆形的螺旋弹性管束在振动和不振动条件下的传热系数最高,管束圆周上的局部传热系数最大,说明管束截面形状为椭圆时的传热性能最佳。振动能够实现强化传热,但振动剧烈的螺旋弹性管束其传热性能并不一定最佳,在进行螺旋弹性管束换热器设计时,并不是要一味追求高强度的振动,还要综合考虑螺旋弹性管束的安装位置和截面形状。     

脉动流发生装置诱导弹性管束振动的实验研究

为了实现对换热器内弹性管束振动的有效激发和控制,提出了一种新型脉动流发生装置,搭建了脉动流诱导弹性管束振动测试实验台,测试了换热器内各排弹性管束在不同工况下的振动响应。结果表明:在脉动流发生装置诱导下,弹性管束主要有两个振动频率,一个频率基本不受入口流速的影响,另一个频率随入口流速的增加而增加;提出的脉动流发生装置,一方面使弹性管束的振动强度明显增加,另一方面在一定程度上解决了各排弹性管束振动不均的问题。     

弹性管束结构改进及折流板对振动与传热性能的影响

为提高弹性管束换热器的综合传热性能,基于传统弹性管束换热器,在内部增设折流板并对其传热元件进行结构改进。采用双向流固耦合计算法,对不同结构条件下4种弹性管束换热器的振动及传热特性进行了定性和定量对比分析。结果表明：管束结构改进及增设折流板均会增强弹性管束的振动强度,且弹性管束结构改进后各排管束的振动一致性提高;在弹性管束振动条件下,与无折流板的传统弹性管束换热器相比,仅对管束进行结构改进传热性能可提高12.51%,仅增设折流板可使管束传热性能提高25.28%,对管束进行结构改进并增设折流板可使管束传热性能提高28.57%;在弹性管束换热器结构不变的条件下,与非振动条件下的计算结果相比,管束结构改进可使管束传热性能提高6.53%,增设折流板可使管束传热性能提高5.09%,同时进行管束结构改进并增设折流板可使管束传热性能提高7.96%。