螺旋槽管强化传热数值模拟及其场协同分析

利用Fluent软件分别对光管、单头螺旋槽管及双头螺旋槽管传热及管内流动情况进行模拟,得到了湍流状态下管内流场分布云图,并从场协同理论出发,分析了螺旋槽管强化传热机理.仿真结果显示,在低雷诺数条件下,螺旋槽使管内产生较多的二次流,速度在横截面上的分量增加,努塞尔数保持为光管的1.6~2.2倍,换热性能优于光管,并且双头螺旋槽管的换热性能要优于单头螺旋槽管.但随着雷诺数的增加,场协同角逐渐接近90°,努塞尔数增加趋势变缓,换热性能增加量变缓,而且当雷诺数较高时,螺旋槽管的阻力系数急剧上升,换热性能不及光管.     

螺旋槽管内流动换热场协同分析

运用数值模拟结合场协同原理,对螺旋槽管内充分发展湍流的流动和换热进行了分析。模拟以空气为工质,管壁温度恒定,分别选取了4种不同的螺纹节距和螺纹高度组成的16组结构参数。讨论了螺纹凸起,以及螺纹节距、螺纹高度变化对螺旋槽管场协同性能和强化传热能力的影响。结果表明：利用场协同原理,可以解释结构参数的变化对螺旋槽管传热效果的影响,并能够对强化传热元件的结构优化提供指导。通过对比,模拟所得Nu数与实验所得Nu数关联公式的计算结果基本一致。     

钛波槽管水平管外凝结换热的实验研究

在常压条件下,对水平钛波槽管管外凝结换热及流阻特性进行了实验研究.在实验参数范围内,5号波槽管的总传热系数为光管的1.54～1.64倍,而管内水阻约为光管的3.39～4.42倍.通过对实验数据的回归分析,得到了管内对流换热、管外凝结换热及阻力系数的实验关联式.在管径及壁厚一定的条件下,波槽管的节距和槽深有一个最佳组合.根据实验结果,推荐最佳结构参数为(ψ)=0.001 35～0.003 606.结果表明,钛波槽管是实现船用冷凝器小型化较为理想的强化管管型.     

螺旋翅片-槽管式EGR冷却器流体换热性能分析

针对螺旋槽管式废气再循环系统(EGR)冷却器强化换热引起流动阻力增大的问题,通过计算流体力学(CFD)仿真计算及试验探究螺旋槽管式EGR冷却器流体换热性能后,提出螺旋翅片与螺旋槽管配合的新型EGR冷却器.通过CFD法将优化结构与光管、螺旋槽管、螺旋翅片-光管式冷却器进行对比,对螺旋翅片的高、长及螺距于流动换热的影响进行仿真预测.结果表明:螺旋槽管式EGR仿真与试验结果对比显示换热系数最大偏差3.9%,压降值最大偏差6.8%,在工程应用接受范围内,保证了分析方法的可靠性.螺旋翅片-槽管式EGR冷却器相比螺旋槽管式能增强换热并减小流阻,翅片形成螺旋流与螺旋槽形成螺旋流相似,能减小流阻近20%,翅片产生的螺旋流使螺旋槽处扰流效果增强,较螺旋槽管式冷却器出口温度最大下降4.5%;螺旋翅片总长增大半个螺距长度,出口温度最大降幅达6.2%,螺距长度按160mm均分,每减少一个螺距,对应流阻降幅达10%,翅片高度对性能影响不大,适当减小尺寸可减少加工材料,节约成本.     

无相变流体在内斜齿螺旋槽管内强化对流换热与阻力特性的实验研究

对内斜齿螺旋槽管强化传热机理进行了理论分析 .用实验方法研究了水在三种不同管径的内斜齿螺旋槽管内的流动和换热特性 ,测得了不同工况下的表面传热系数和动摩擦因数 ,拟合出所测参数范围内的动摩擦因数f和Nusselt数准则方程 ,并与相同管径光管的换热效果进行了比较 .结果表明 :无论在哪种工况下 ,内斜齿螺旋槽管的换热性能优于相同管径的光管 .     

螺旋槽管管内强化传热的三维数值模拟

基于周期段模型,对不同结构参数的螺旋槽管管内流动和换热进行了三维数值模拟,得到了管内流体湍流流动的速度场和温度场的细观分布.结果表明,随着槽深增大,螺旋槽管换热性能增强的同时阻力系数也相应增大;随着螺距增大,其换热性能减弱且阻力系数明显减小.最后,结合模拟结果数据,拟合出了努赛尔数Nu和阻力系数f的相应关联式.     

无相变流体在内斜齿螺旋槽管内强化对流换热与阻力特性的实验研究

对内斜齿螺旋槽管强化传热机理进行了理论分析，用实验方法研究了水在三种不同管径的内斜齿螺旋槽管内的流动和换热特性，测得了不同工况下的表面传热系数和动摩擦因数，拟合出所测参数范围内的动摩擦因数，和Nusselt数准则方程，并与相同管径光管的换热效果进行了比较。结果表明：无论在哪种工况下，内斜齿螺旋槽管的换热性能优于相同管径的光管。     

螺旋线圈强化管内单相流体传热的研究

研究了内插螺旋线圈的水平圆管内水的对流强化传热及流阻特性,探索了螺旋丝径不变,螺距变化对传热及流体阻力的影响;螺距不变,螺旋丝径变化对传热及流体阻力的影响.实验采用25mm×2mm的紫铜圆管,实验段长1.68m,管内走水,Re数的范围在3000～25000之间.通过对实验数据的多元线性回归,得到了传热与流体阻力的实验关联式,采用(Nus/Nu)3.5/(fs/f)作为评估传热与流阻性能的综合判据,实验结果表明在实验范围内,(Nus/Nu)3.5/(fs/f)的值在1.2～10.7之间,大于1,说明插入螺旋线圈有效地强化了管内传热.     

二元熔盐在螺旋槽管内流动和传热特性数值模拟

为探索数值模拟方法预测二元熔盐在螺旋槽管内的流动和传热特性研究中的可行性,使用Ansys软件对熔盐在不同几何参数的螺旋槽管内的流动和传热特性进行数值模拟。采用半周加热,研究在不同工况下熔盐入口温度和热流密度变化时熔盐的流动和传热特性。通过数值模拟得到了熔盐在螺旋槽管内的流动速度分布云图和矢量图,得到了熔盐在管道出口温度分布云图,并计算得到熔盐在管内的Nu-Re变化曲线。结果表明,熔盐管内流速呈现周期性变化,同时产生二次环流流动。熔盐在螺旋槽管内的传热Nu数和Re数的变化趋势一致,出口温度分布不均匀性较小。随着螺旋槽管槽深的增大,对熔盐的传热效果也相应提高。熔盐入口温度越高,螺旋槽管内熔盐的传热效果越好。     

螺旋槽管脉冲流强化对流换热数值及场协同分析

通过数值模拟计算研究了在螺旋槽管内通入脉冲流后的强化换热机理.数值计算结果表明,脉冲流动能引起出口压力呈周期波动,波动幅度随脉冲流频率的增大而增大;脉冲流动能够使流体在螺旋槽管管壁附近产生漩涡,并出现周期性的生成、漂移和脱落;由于漩涡的作用,增强了流体的径向扰动和相对扰动;脉冲流动能够改善速度场与温度梯度场之间的协同程度,从而起到强化传热的效果.