涡产生器翼高对管翅式换热器流动与传热的影响

采用数值模拟方法分析了三角形小翼式涡产生器翼高分别为1.5、1.75和2.0mm时对圆管管翅式换热器空气侧传热及纵向涡强度的影响。结果表明:在相同Re下,随着翼高的增加,Nu、阻力系数f以及量纲1二次流强度Sem都增大;所研究各模型的Sem与Nu呈唯一对应关系,并且获得了Sem与Nu的定量关系;以强化传热因子JF作为评价准则,得出翼高为1.75mm时能够使换热器获得较优的综合强化传热效果。     

扁管换热器内纵向涡强度与换热强度对应关系

纵向涡强化传热技术在管翅式换热器中得到了广泛的应用。但是一直以来对纵向涡强化传热的研究主要停留在涡产生器结构参数及布置方式对换热的影响方面,文献对纵向涡强度与换热强度之间定量关系的研究鲜有报道。建立了采用纵向涡强化传热的扁管管翅换热器数值模型,采用二次流强度参数Se分析了翅片及涡产生器结构参数变化时,通道内纵向涡强度与换热强度之间的定量关系;并定量分析了通道中涡产生器引起的纵向涡强度增量与传热强化量之间的定量关系。结果表明:翅片及涡产生器结构参数变化时,Nu、Se与Re之间,以及阻力系数f与Re及Se之间均不存在定量对应关系,但Se与Nu以及ΔSe与ΔNu之间存在对应关系。这表明,在布置有纵向涡产生器的扁管管翅换热器翅侧通道内,纵向涡强度决定了通道内的换热强度。     

扁管换热器内纵向涡强度与换热强度对应关系

纵向涡强化传热技术在管翅式换热器中得到了广泛的应用。但是一直以来对纵向涡强化传热的研究主要停留在涡产生器结构参数及布置方式对换热的影响方面,文献对纵向涡强度与换热强度之间定量关系的研究鲜有报道。建立了采用纵向涡强化传热的扁管管翅换热器数值模型,采用二次流强度参数Se分析了翅片及涡产生器结构参数变化时,通道内纵向涡强度与换热强度之间的定量关系;并定量分析了通道中涡产生器引起的纵向涡强度增量与传热强化量之间的定量关系。结果表明:翅片及涡产生器结构参数变化时,Nu、Se与Re之间,以及阻力系数f与Re及Se之间均不存在定量对应关系,但Se与Nu以及?Se与?Nu之间存在对应关系。这表明,在布置有纵向涡产生器的扁管管翅换热器翅侧通道内,纵向涡强度决定了通道内的换热强度。     

换热器通道内反向旋转纵向涡间的干涉特性

纵向涡能以较小的压力损失获得较大程度的传热强化,在换热器空气侧强化传热中得到了广泛应用。换热器通道内通常存在多个纵向涡,纵向涡之间的干涉会不可避免地影响纵向涡的强度和强化传热性能。建立了换热器通道中旋转方向相反的两个纵向涡之间的干涉模型,通过数值方法分析了不同涡产生器横向间距下纵向涡之间的干涉现象。通过纵向涡强度定量研究了涡间干涉对纵向涡强度、流动阻力以及强化换热的影响。结果表明:旋转方向相反的两个纵向涡之间的干涉随着涡产生器间距的减小而增大;在涡产生器间距为零时纵向涡间干涉程度最大,纵向涡强度Se、Nu以及阻力系数f的变化量均达到最小值;在本文计算参数范围内,纵向涡引起的Se和Nu的变化量最大差别达到45%和50%,f的变化达到38%;纵向涡干涉并非一定不利于换热,纵向涡干涉后的流动结构影响其强化传热性能。在涡产生器横向间距为涡产生器底边横向投影长度的2倍时,可以利用纵向涡干涉获得最佳传热性能。     

三叶孔板强化换热性能及机理分析

三叶孔板是以纵向流形式强化管壳式换热器性能的一种典型支撑板结构,具有附加阻力小和能够降低管束流激振动等诸多优势。为了分析三叶孔板对管壳式换热器壳程传热性能的强化效果和机理,本文依据周期性和对称性特征构建了不同孔高的换热器单元流道模型,采用重整化群k-ε湍流模型和SIMPLE耦合算法分析其壳程流场分布特征并评估其综合换热性能。结果表明,三叶孔板换热器Nu数和阻力系数较无孔板管壳式换热器均有所增加,相对Nu数(Nu/Nu_0)和相对阻力系数(f/f_0)随孔高H增大而减小,性能评价指标(performance evaluation indicators,PEC)随孔高H增大而增大。与无孔板管壳式换热器相比,三叶孔板换热器壳程纵向各处场协同角β较小而纵向涡强度?_x较大,因此场协同性的改善和纵向涡强度的提高是三叶孔板强化换热的原因。     

管束结构对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响

在模化试验验证的基础上,对不同横向管间距S₁、纵向管间距S₂和椭圆管长短轴比a/b的开缝翅片椭圆管换热器进行了数值模拟,分析了管束结构的差异对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响。结果表明：横向管间距在60.55～70.55 mm范围内,空气侧Nu和Eu均随S₁减小而增大,S₁为60.55 mm时换热器综合流动传热性能最好;纵向管间距在65～75 mm范围内,空气侧Nu随S₂减小而增大,Eu变化不明显,S₂为65 mm时换热器综合流动传热性能最好;横向管间距对开缝翅片椭圆管换热器传热、流动性能的影响较纵向管间距更为明显;在等周长条件下,椭圆管长短轴比a/b在1.5～2.5范围内,a/b为1.8时换热器综合流动传热性能最好。研究成果可为此类换热器在工程实际中的应用与进一步优化提供依据。     

涡产生器翼展对每管六涡扁长椭圆管管片式换热器传热与阻力性能的影响

应用萘升华传质/传热比拟实验方法,研究了固定片间距、相同三角翼形涡产生器翼高比和攻击角条件下,涡产生器翼展改变时每管六涡扁长椭圆管管片式换热器换热板芯的换热和阻力特性,分析了涡产生器翼展的变化对错排椭圆管管片式换热器强化传热与阻力特性的影响.研究结果表明,当涡产生器的翼展增加时,一方面换热板芯的传热性能有较大幅度的改善,另一方面实验板芯的阻力系数增大得也很快.利用传热因子与阻力系数比值的综合评价结果表明,涡产生器翼展较小时扩展表面的换热性能较好,从而为该型换热器设计提供了一定的理论依据.     

传热膜系数α2的测定及强化传热措施探讨

本文通过对普通套管换热器和强化套管换热器传热膜系数α2的测定。归纳出流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式Nu=ARe^m。通过比较普通套管换热器和强化套管换热器的传热膜系数。对强化传热措施进行探讨。     

三角对翼和圆柱组合强化螺旋通道换热的数值研究

本文旨在研究三角对翼和柱形涡发生器组合后强化矩形螺旋通道内流体换热的特性。采用CFD模拟的方法分析了对翼攻角α、无量纲参数高度h_i'对螺旋通道内流体流动和换热的影响。结果表明:三角翼采用下降流型布置时,在柱后θ=10°的截面上二次流呈四涡结构,加速尾迹区与主流流体的混合,强化了传热;在所研究范围内,α增大,组合涡发生器强化传热效果先增大后减小,在攻角α=30°时强化传热效果最优;其它参数相同时,三角翼h_i'增大,螺旋通道的Nu和阻力系数f均增大,但综合因子G减小。     

组合涡发生器强化螺旋通道换热的数值研究

旨在研究B形翼和柱形涡发生器组合后强化矩形螺旋通道内流体换热的特性。采用CFD模拟的方法分析了量纲一曲率κ、B形翼攻角α对螺旋通道内流体流动和换热的影响,并利用综合强化因子G表征组合涡发生器的综合强化效果。结果表明:B形翼改变了柱后二次流的结构,在柱后截面的中心区域形成一对方向相反的附加涡,减小了柱后尾迹区的尺寸,增大了柱后流体的温度梯度,强化了传热;在所研究范围内,α增大,组合涡发生器强化传热效果先增大后减小,在攻角α=40°—45°时强化传热效果最优;α一定,κ值越小,组合涡发生器的强化效果越好,相对于只有柱时,其Nu提高了56.45%—69.08%,G提高了24%—37%。     

内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性的对比分析

内插扰流元件是一种可操作性强的管内强化传热方式，其强化传热机理主要是在管内诱导产生了二次流。在均匀壁温热边界条件下，对内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性进行了数值分析。研究发现：在扭带基础上裁去部分面积相同的条件下，管内插等腰梯形涡产生器的换热能力最强，直角梯形涡产生器次之，矩形涡产生器的换热能力最差，管壁上的局部Nusselt数的峰值所在圆周位置及其大小与涡产生器形状有关，而不同形状的涡产生器对管内流动的阻力系数影响较小。插入涡产生器后，管内二次流强度参数Se和平均Nusselt数Nu均随Reynolds数Re的增大而增大，二者随Reynolds数Re的变化规律具有一致性。平均Nusselt数Nu与二次流强度参数Se呈幂函数相关，内插涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

涡强化扁管管片散热器流动与传热的数值模拟

以空气为介质(Pr=0.698),通过数值模拟的方法,在Re=300～1800的范围内对涡强化扁管管片散热器初始段层流状态下的流动与传热进行了模拟分析,说明了涡产生器横向位置,即交错系数Sr改变时对局部Nu_local和横断面上的平均Nu_b的影响,并通过实验数据验证了数值模拟方法的正确性,证实了通过数值模拟的方法研究、开发换热板芯的可行性.     

Heat transfer augmentation in a circular tube with winglet vortex generators☆

The article presents the influence of winglet vortex generators (WVGs) placed in the core flow area on ther-mal performance enhancement of a tube heat exchanger. The experiment was carried out in a uniform wall heat-fluxed tube by varying turbulent alrflow for Reynolds number ranging from 5300 to 24000. In the pres-ent work, the WVGs with an attack angle of 30° were inserted into the test tube at four different winglet pitch ratios (RP=P/D) and three winglet-width or blockage ratios (RB=e/D). The experimental results at various RP and RB values were evaluated and compared with those for smooth tube and tubes with twist-ed tape or wire coil. The measurement reveals that the WVGs enhance considerably the heat transfer and friction loss above the plaln tube, wire coil and twisted tape. The Nusselt number and friction factor increase with the increment of RB and Re but with the decreasing RP. The average Nusselt numbers for the WVGs with various RB are in the range of 2.03–2.34 times above the plaln tube. The thermal performance for the WVGs is found to be much higher than that for the wire coil and twisted tape and is in a range of 1.35–1.59. Also, a numerical investigation is conducted to study the flow structure and heat transfer enhancement mecha-nisms in the winglet-inserted tube.     

润滑油在内插同轴交叉翼型涡产生器管内流动与传热特性分析

以润滑油为工质,采用数值方法对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热进行了数值模拟,分析了不同结构参数如扭率（T_r=3,4,5,6）、间距比（S_s/W=0.8,0.9,1.1,1.2）和基带宽度比（W_b/W=0.30,0.45,0.60,0.75）对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热特性的影响。结果表明：在相同Re下,平均Nusselt数Nu_m、二次流强度Se、强化传热因子JF均随扭率和间距比的减小而增大,而其与基带宽度比的变化没有明显规律,阻力系数f随着扭率的减小和基带宽度比的增大而增大,间距比对f的影响甚微。在相同结构参数下,JF和Se均随Re的增大而增大。在Re=50~1000范围内,相比于光滑圆管,内插不同结构参数的同轴交叉涡产生器的Nu_m增加了32.8%~208.6%,f增加了3.38~8.92倍,JF最大可达1.434。Nu_m与Se呈幂函数相关,内插同轴交叉翼型涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

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。     

插入双面有三角形翅片的金属带对热交换管中流动和传热特性的影响

The convective heat transfer and friction behaviors of turbulent tube flow through a straight tape with double-sided delta wings(T-W)have been studied experimentally.In the current work,the T-W formed on the tape was used as vortex generators for enhancing the heat transfer coefficient by breakdown of thermal boundary layer and by mixing of fluid flow in tubes.The T-W characteristics are(1)T-W with forward/backward-wing arrangement,(2)T-W with alternate axis(T-WA),(3)three wing-width ratios and(4)wing-pitch ratios.The experimental result reveals that for using the T-W,the increases in the mean Nusselt number(Nu)and friction factor are,respectively,up to 165%and 14.8 times of the plain tube and the maximum thermal performance factor is 1.19.It is also obvious that the T-W with forward-wing gives higher heat transfer rate than one with backward-wing around 7%. The present investigation also shows that the heat transfer rate and friction factor obtained from the T-WA is higher than that from the T-W.In addition,the flow pattern and temperature fields in the T-W tube with both backward and forward wings were also examined numerically.     

Convective mass transfer enhancement in a membrane channel by delta winglets and their comparison with rectangular winglets☆

Numerical calculations were conducted to simulate the flow and mass transfer in narrow membrane channels equipped with delta winglets, which are often used as longitudinal vortex generators to enhance heat transfer in heat exchanger applications. The channel consists of an impermeable solid wall and a membrane. The delta winglets are attached to the solid wal surface to enhance the mass transfer near the membrane surface and sup-press the concentration polarization. The winglet performance was evaluated in terms of concentration polariza-tion factor versus consumed pumping power. Calculations were implemented for NaCl solution flow in a membrane channel having a height of 2.0 mm for Reynolds numbers ranging from 400 to 1000. The delta wing-lets were optimized under equal pumping power condition, and the results of optimization suggest winglet height of 5/6 of the channel height, aspect ratio of 2.0, attack angle of 30°, and a winglet interval equal to the chan-nel height. The optimal delta winglets were compared with the optimal rectangular winglets we found previous-ly, and it is shown that the rectangular winglets yield a somewhat better performance than the delta winglets. ? 2015 The Chemical Industry and Engineering Society of China, and Chemical Industry Press. Al rights reserved.     

梯形纵肋管束换热器传热及流阻特性研究

本文对纵肋管束换热器的传热、阻力特性进行了试验研究，得出传热特性和阻力特性关系式，并着重分析梯形纵肋管束换热器的特性。进一步探讨了管束节距、肋片高度对传热及流阻的影响情况。与相同结构的光管管束比较，换热增加１０％－３５％，而流阻最高增加４８％，最低情况下，低于光管。文中指出具有梯形纵肋的管束呈现出一种特殊的传热及流阻规律，它不但可获得较低的流动阻力，而且传热得以进一步强化。     

纵向涡强化圆管内换热的数值模拟及性能分析

对布置有涡发生器小翼对的圆管内部湍流流动和强化传热特性进行了三维数值模拟。研究了涡发生器的形状和对数对流动传热特性的影响并采用综合性能指标进行优化。结果表明：涡发生器后横截面上产生的多纵向涡结构使管内流体混合更加充分,促进了壁面边界层与主流的动量和能量交换,提高了传热强度。每排4对矩形小翼时的换热性能最好,Nusselt数比光管平均提高了27.2%。相同形状下,每排4对涡发生器的综合性能均高于每排3对;相同对数下,梯形小翼的综合性能最好,三角形小翼次之,矩形小翼最差。每排4对梯形小翼时的整体综合性能最优,性能评价标准达到了0.97～1.07。