基于强化传热的扁平螺旋管结构优化数值模拟研究

基于强化传热技术，以光滑椭圆管为基本研究对象，对比不同扁平度n及导程S的扁平螺旋管，通过合理的简化与假设，采用计算流体力学（CFD）的方法对扁平螺旋管进行数值模拟研究，以期为该换热设备结构优化设计及实际工程应用提供参考。研究证明：扁平螺旋管与光管对比，扁平螺旋管内产生了明显的旋流运动，促进了流体在垂直于轴向方向的混合，使得管内流体的轴向速度增大，且这种混合使得换热管边界层厚度变薄，保持了较高的温度梯度，达到了强化传热的目的；扁平螺旋换热管的旋转程度越大（即相同的截面尺寸，S越小），换热管的强化换热的性能越好，但换热管内流体介质的流动阻力也相应越大，所以导程S在84～150之间为扁平螺旋管导程的优选区间；扁平螺旋管的压扁程度不一定越扁越好，当换热管的扁平度过大时，会导致扁平螺旋管的努塞尔数Nu急剧下降，压降△P急剧增加，使得换热管的强化换热效果降低，而当换热管的扁平度过小时，努塞尔数Nu和压降△P变化缓慢，对换热管的强化换热影响较弱，所以扁平度n的最佳选择是0.7～1.4。