涡流发生器强化直接空冷单排管换热的数值模拟

为了验证新型涡流发生器(柱面梯形翼)对直接空冷凝汽器单排管的换热有一定的强化作用,利用FLUENT6.3商业软件对安装柱面梯形翼的单排蛇形翅片扁管空气侧换热及流动特性进行了三维数值模拟。结果表明,Re数在300~900的范围内,与未安装涡流发生器的单排蛇形翅片扁管相比,带柱面梯形翼的翅片扁管的平均Nu数增大了123%,摩擦因子增大了111%,其综合换热性能(Nu/f)最多提高5.65%,这说明柱面梯形翼对翅片扁管有强化传热的作用。在模拟过程中,对实际直接空冷凝汽器蛇形翅片单排扁管进行了一定程度的简化,将计算区域按照翅片扁管的对称性尽可能缩小。并将数值模拟的结果进行了网格独立性验证,表明模拟结果的可靠性。     

矩形通道中不同涡流发生器对换热和压降的影响

对矩形通道内布置单排一对直角三角翼、矩形翼等以及研制的斜截半椭圆、半圆柱面涡流发生器的换热和压降特性进行了对比性实验。实验雷诺数Re在700～26800范围内,所有涡流发生器采用相同的高宽比、斜截倾角、迎流攻角和前沿间距。结果表明,斜截半椭圆柱面强化换热和压降综合性能最好。Re为700、4000和2×104时,最高局部换热系数分别约比平直流道增加了16.9%,9.3%,11.4%。斜截半椭圆柱面的阻力损失比矩形翼要小得多,Re为2×104时,约比矩形翼低37.9%。经分析,斜截半柱面涡流发生器能够产生端部涡和根部马蹄涡系,具有优越的强化换热效果,且由于其流线型柱面而压降较低。柱面相对柱体加工简单,制作方便。     

柱面梯形翼强化直接空冷凝汽器换热及其流阻性能的数值模拟

通过数值模拟的方法,利用综合因子(j/j0)/(f/f0)1/3研究Re=600~1 800范围内,柱面梯形翼(攻角、位置、布置方式、排数)对直接空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管空气侧换热和阻力的影响。结果表明:在所研究的范围内,攻角β=30°、距管壁c=2 mm、距入口b=50 mm、前低后高近管壁的柱面梯形翼以及三排错列和前沿间距11mm的1对柱面梯形翼对单排扁管的强化换热和流阻的综合性能最好。根据计算结果拟合Nu数与Re数、倾角、攻角、距管壁距离和距翅片入口距离的无量纲关联式,为布置柱面梯形翼的单排蛇形翅片扁管工程设计和优化提供了依据和参考。     

矩形偏心翅片椭圆管流动与换热的数值研究

采用Fluent软件,在进口空气流速v=0.5~4.0m/s下,对不同波纹倾角(θ=0°、θ=5°、θ=10°、θ=15°、θ=18°)的矩形偏心波纹翅片椭圆管换热器翅片间的流动与换热规律进行了三维数值模拟,分析了不同雷诺数Re和波纹倾角θ对矩形偏心波纹翅片椭圆管换热器的翅片表面平均努塞尔数Nu、压差损失Δp以及翅片管综合换热性能因子j/f的影响。研究结果表明:矩形偏心平直翅片椭圆管的综合换热性能最佳;适当增加翅片前端迎风侧波纹倾角,减小翅片后部区域波纹倾角,可同时起到增强换热、减少阻力损失的双重作用。     

侧置梯形翼翅片管换热器流动与传热特性

针对某翅片管换热器的设计开发,应用RNG k-模型及SIMPLE算法,研究了侧置梯形翼纵向涡发生器的翅片管换热器和平直翅片管换热器在顺排和叉排两种排列方式下其流动与换热耦合特性。在雷诺数500~4 000的范围内,采用侧置梯形翼涡流发生器,顺排布置时,翅片管换热器综合性能因子提高了9.43%~22.67%,叉排布置时,综合性能因子提高了4.89%~14.87%。研究结果表明,侧置梯形翼涡流发生器可以有效地改善温度场和速度场的协同性,提高其换热能力,为设计高性能换热装置提供了参考。     

涡流发生器强化换热和压降特性的实验设计

针对强化气侧换热是提高换热器效能的关键,设计建立了研究涡流发生器强化换热性能和压降特性的实验测试系统。通过对涡流发生器强化换热机理及压降特性的分析,建立了研究不同结构和尺寸的涡流发生器的实验装置,并详细介绍了实验方案和程序。实验采取的是气-水逆流换热装置,空气、热水入口温度在基本保持不变的情况下,测量换热板壁面温度、气水进出口温度、水流量、风速和气侧压降,研究不同工况下涡流发生器的强化换热性能和压降特性。可选取不同形状的涡流发生器进行对比性实验和优化实验,以更好地评价涡流发生器的性能,为涡流发生器的模型优化和改进提供实验基础。     

涡流发生器形状对风力机翼型气动性能的影响

为研究涡流发生器对风力机翼型DU97-W-300气动性能的影响,采用数值模拟方法对装有三角形、矩形、梯形3种形状和3 mm、5 mm、7 mm 3种高度的涡流发生器的风力机翼型进行了计算,得到了有效提升气动性能的涡流发生器形状和高度。研究表明:涡流发生器能有效控制翼型产生流动分离,增大失速攻角,提高升阻比;采用梯形涡流发生器的升力系数最大,旋涡耗散速度最慢,提高气动性能最好;高度7 mm的梯形涡流发生器有效抑制了流动分离,提高翼型气动性能最佳。     

翅片散热管束流动传热性能对进风角度敏感性的研究

针对某一典型翅片散热管束,通过Fluent软件建立了该管束的流动传热数值计算模型,研究了空气流经翅片散热管束时的压降及其气侧对流传热系数对进风角度的敏感性,拟合得到翅片散热管束对流传热系数和压降计算特征关联式。同类型翅片管束的数值模拟结果验证了所建模型的正确性与适用性。计算分析表明,随着α的增加,换热系数h减小,压降Δp减小;随着γ的增加时,换热系数h增大,压降Δp增大。当α=0°,γ=90°时,流经翅片时的空气压降最小,空气与翅片管的换热效果最佳,翅片管流动传热性能最好。     

纵向涡流发生器强化传热数值研究进展

对近年来纵向涡流发生器在换热器气侧强化传热和流阻性能的数值研究进行综述,内容包括:纵向涡流发生器类型及布置方式;纵向涡流发生器强化传热和流阻性能;纵向涡强化传热机理.分别对带斜截半椭圆柱面和斜截半椭圆柱体矩形通道内的层流流动和传热进行数值模拟.结果表明,两涡流发生器强化传热效果几乎相同,比平直通道高72.7%～133.1%;压力损失分别比平直通道增加100.4%～168.3%和108.1%～183.5%,斜截半椭圆柱面强化传热和流阻综合性能优于斜截半椭圆柱体.     

横向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的实验研究

为获得管束布置结构对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响,在分析其影响机制的基础上对9个锯齿螺旋翅片管错列管束进行了实验研究,获得了横向节距对锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性的影响规律,并提出相应的关联式.结果表明:在横向相对节距范围2.31～3.15,相同雷诺数Re和纵向节距下随横向节距增大,翅侧努谢尔数Nu变化在±3%内;欧拉数Eu减小约20%;综合传热性能j/f(科尔伯恩传热因子与范宁摩擦因子比值)增大约25%.通过与错列光管管束的比较,表明锯齿螺旋翅片管束强化换热性能较优,在大型气体换热设备中具有广泛的应用前景.     

叶片旋流管内核心流强化传热分析与结构优化

管内湍流强化传热方法一般是增加壁面换热面积,但这会显著提高管内流动阻力。本文根据管内核心流强化传热的原理,提出了一种高效低阻的叶片旋流管,分析其传热强化的机理,建立相应的物理和数学模型。数值分析的结果表明,在圆管内置若干组旋流叶片后,可显著强化管内湍流换热,且流动阻力的增幅低于换热强化的增幅;当常温水流过管长为960 mm,管径为20 mm的圆管,且在管内核心流区域设置4组4叶片旋流单元时,其性能评价系数SPEC在Re数为3 000~15 000的范围内均超过1.5,最高可达1.9左右。     

扁平管蛇形翅片空气流动传热数值模拟

针对空冷凝汽器翅片的流动和传热问题,利用Fluent软件模拟扁平管蛇形翅片表面的空气流动传热过程,采用标准κ-ε模型和速度-压力耦合的Simple算法,得到翅片表面温度、传热量以及进、出口压力等数据,从而得出了管外空气平均对流传热系数、流动损失、无量纲表面传热系数j、阻力系数f及j/f随不同翅片高度的变化规律,综合评价...     

Multi-objective optimization of a plain fin-and-tube heat exchanger using genetic algorithm

In the present paper, a plate fin-and-tube heat exchanger (PFTHE) is considered for optimization with air and water as working fluid, four geometric variables are taken as parameters for optimization, a Genetic Algorithm (GA) was used to search for the optimal structure sizes of the PFTHE, the maximum total heat transfer rate and the minimum total pressure drop are taken as objective functions in GA, respectively. Performance of the optimized result was evaluated and correspondingly the total heat transfer rate, the total pressure drop, the heat transfer coefficient and the local Nusselt number, j-factor and friction factor ξ are calculated respectively. Results show that the total heat transfer rate of the optimized heat exchanger increased by about 2.1–9.2% comparing with the original one, the heat transfer coefficient increased by about 8.2–14.7% and the total pressure drop decreased by about 4.4–8% in the range of Re = 1200–14000.     

平行平板通道内置螺旋线圈流动传热特性

通过实验与三维数值模拟相结合的方法,对内置螺旋线圈平行平板通道的流动及传热特性进行了研究,发现相对于无扰流填充物的平板通道,螺旋线圈的应用能够显著地强化传热,相同Re数下Nu数增幅为29%~141%,相应地阻力系数增幅为26%~175%。数值模拟的结果显示,流体受螺旋线圈的诱导可产生多纵向涡流动,增强了速度在垂直于壁面方向的分量,同时导致温度场发生明显改变,使得速度场与温度梯度场的协同性能得到提升,从而强化了传热。在700相似文献   

针肋套管换热元件的传热及阻力性能试验研究与分析

对气流纵掠不同结构参数的针肋套管换热元件的传热及阻力特性进行了试验研究,得到了该种换热元件的传热及阻力性能的实验准则关联式,进一步就不同结构参数对针肋套管热力性能的影响进行了比较分析,并为该种换热元件的工业应用提供了可靠的试验数据和设计依据。     

交错蛇形短翅片对扁平管外传热的强化

在火电机组直接空冷凝汽器中采用空冷技术,可以有效降低富煤缺水地区火力发电对水资源的消耗。通过数值模拟的方法,对锯齿形短翅片应用于火电机组直接空冷凝汽器扁平管空气侧强化传热的可行性进行探讨。研究发现,,采用所提出的扁平管交错蛇形短翅片结构,与传统的连续蛇形翅片相比,在各种迎面风速条件下均能起到强化空气侧传热的效果。随着短翅片交错排数的增加,翅片变短,强化传热的效果更为明显。在n 5时,强化传热综合性能评价准则数(performance evaluation criteria,PEC)可达到1.05~1.09;但随着迎面风速的增加,流动阻力的增加变得更为显著,强化传热的效果受到抑制。利用实际数据对模型的有效性进行验证,并对计算域网格数进行校验,结果表明所得结论具有一定的可靠性。     

脉动流条件下带突起内翅片管强化传热数值研究脉动流带突起内翅片管强化传热数值研究

对一种周期性带突起纵向内翅片管通道内的流动与传热特性进行了非稳态三维数值模拟。分析了带突起内翅片管通道在进口流速呈正弦波脉动流时其横截面二次涡流在1个脉动周期内的变化规律；得到了内翅片管平均Nu数及阻力系数f在一个脉动流动周期内的变化规律；同时进一步计算分析了不同脉动流脉动频率对内翅片管传热性能及阻力性能的影响。研究表明：在脉动流动的影响下纵向内翅片管的传热能力得到强化，随着脉动频率的增加，纵向内翅片管传热系数的增大幅度逐渐大于阻力系数。