扭带强化传热性能的数值与实验研究

通过模拟和实验的方法研究在湍流工况下(3 000Re10 000)换热器管内插入不同扭带模型后的传热特性和阻力特性。区别于传统螺旋扭带,提出一种顺时针与逆时针交替扭转的正反扭带。对不同扭率的传统扭带以及扭率为3的无缺口和半圆缺口正反转扭带进行模拟计算,并将模拟结果与实验结果进行对比验证。结果表明:在湍流流态下,雷诺数越小,扭带的强化换热效果表现越好;对不同扭率的扭带,其努塞尔数、摩擦系数和综合性能指标随扭率的减小而增大;扭率为3时,两种正反扭带的强化换热效果均优于传统扭带,无缺口正反扭带的换热效果最好;模拟计算的结果数据与实验结果数据比较,最大误差不超过8%。     

余隙率对内置扭带换热管传热性能影响的数值研究

为了研究管内插入扭带对换热的影响,建立了余隙率分别为0.1,0.15,0.2,0.25,0.3的内置扭带换热管流体流动的三维物理模型,采用RNGk-ε湍流模型对这几种余隙率的扭带换热管的流动和传热特性进行了数值模拟,分析了插入不同余隙率扭带换热管的换热效果和流动阻力。结果表明,Nu数和摩擦阻力系数均随着余隙率的增大而减小,在低Re数的时候内置扭带有明显的经济性,特别是余隙率为0.1的扭带换热管综合性能最高,强化传热效果最为明显。     

横纹槽管内插断续扭带复合强化传热的实验研究

本研究以导热油为工质,在层流和过渡流(Re7 000)范围内研究横纹槽管内插三种不同规格的断续扭带和同扭率(Y=4.13)连续扭带的流动与强化换热特性。将实验数据进行回归分析得到了阻力系数和Nu的实验关联式,为复合强化传热的计算提供了理论依据。研究表明:横纹槽管内插扭带的综合换热性能优于内插相同扭带的光管,横纹槽管内插长度为66 mm的断续扭带的综合换热性能要优于同条件下内插连续扭带的光管。实验结果可为换热器的改造和新型换热器的设计提供理论依据。     

管内换热元件基于数值模拟与实验对比的研究

利用流体计算软件Fluent 6.0分析自转式转子与螺旋扭带两种换热元件在强化传热方面的优劣,并按模拟条件进行实验对比。结果表明,相对于螺旋扭带径向扰流较弱的劣势,自转式转子扰动能力强,提高换热系数,为实际应用提供有力的指导。     

散热片基板开孔对自然对流换热的影响

为研究自然对流情况下矩形散热片基板开孔对换热的影响,采用数值模拟方法对基板开孔的散热片的传热性能进行了分析,讨论了开孔后换热强化的物理机制。结果表明:开孔后发热元件的温度降低;通孔破坏了散热片基板上速度边界层的形成,从而强化了局部表面处的对流换热。     

光管内插入扭带传热与流动阻力的试验研究

为了研究管内强化换热技术,对三根不同结构参数的扭带插入光管的换热特性和流体动力学特性进行了试验研究。试验以空气为工质,Re在8000～10^5之间,管外被水冷却。对大量实验数据用多元线性回归法得到了具有较高精度的扭带管的传热系数和摩擦系数的统计关联式,分析了扭带管的传热与流阻性能,为换热器的设计及改造提供了理论依据。     

R245fa有机工质在Turbo-EHP管外流动沸腾换热实验研究

结合沸腾传热问题,通过凝练并设计实验系统,研究有机工质R245fa在高效蒸发换热管Turbo-EHP管外流动沸腾传热的性能,分析有"孔穴"结构的表面强化管的强化机理。实验中通过改变热源流量、温度以及工质流量等参数,研究其与局部以及平均沸腾换热系数之间的关系。实验结果表明,Turbo-EHP型管前、中、末3段的强化效果不同,在前段气泡热阻对换热性能有一定的影响,中段换热效果达到最优,末段由核态沸腾转为气与壁面的对流换热,换热效果减弱;且随着工质流量的增大,沸腾性能显著增强。     

新型扭带在层流中强化传热性能的数值模拟研究

提出一种新型的正反两个方向交替扭转的扭带模型,并基于ANSYS FLUENT软件在层流状态下(Re=400～18 00)对换热管中插入新型扭带的换热特性、流体阻力特性和综合性能指标进行数值模拟研究。对y=3.0,4.5,6.0三种扭率下的无缺口正反扭转扭带与传统单一方向扭带进行对比研究,并对扭率y=3.0的无缺口正反扭转扭带和带有三角、半圆及方形缺口的正反扭转扭带进行了对比计算。研究结果表明:插入不同扭率的扭带,换热管的努赛尔数Nu、摩擦系数f与综合性能PEC值均随着扭率的减小而增大;相同扭率下无缺口的正反扭转扭带在强化换热效果和综合性能表现上要优于传统扭带;扭率为3.0时,无缺口的正反扭转扭带比带三种缺口的正反扭转扭带换热效果好,而缺口的存在可以大幅度地降低插入扭带产生的摩擦阻力,且缺口的面积越大,摩擦和换热效果降低越多。     

扭带强化管内单相对流换热的研究进展

能源与材料费用的不断增长推进了高效节能换热器的发展.在管壳式换热器中,为强化管内单相对流换热并有效清除污垢,制造工艺简单、拆装维修方便的管内插入物-扭带被广泛应用.介绍了多种扭带的结构和特点,分析了扭带强化管内单相对流换热的机理.从连续扭带、闻隔扭带、异型扭带、清洗扭带和复合强化技术五个方面,对扭带强化管内单相对流换热...     

湿烟气在开孔翅片管外凝结换热数值模拟

为高效回收湿烟气全热并对烟气冷凝换热设备进行优化设计,以设计的紧凑式开孔翅片管换热器为对象,采用欧拉壁膜(EWF)模型与组分输运模型耦合研究低温烟气在翅片管换热器中的凝结换热规律。数值模拟得到的凝结速率及对流凝结换热系数与实验结果最大偏差分别为13.4%和10.9%。结果表明：对流凝结换热系数随入口水蒸气质量分数和烟气流速增大以及管壁温降低而增大,翅片开孔可以起到均压、破坏温度边界层、截断液膜、加快凝结液排出进而强化传热的作用,基于模拟拟合的关于改进雅各布数J的烟气对流凝结关联式与实验数据平均相对误差为13.1%,模拟关联式对于90%的实验结果预测误差在-20%～+20%以内。     

内置异形等间距扭带的管内传热与流动特性对比

数值研究了空气在内置异形等间距扭带管内的传热与流阻特性,对模拟结果进行了实验验证,然后分析了结构对空气传热与流阻特性的影响;进一步通过对局部流场、温度场和绝对涡量的分析,揭示了其强化传热机制。结果表明:模型与实验值吻合较好,最大相对偏差约为8%,在大多数Re(雷诺数)范围内,异形等间距扭带相对传统等间距扭带提高了空气传热综合性能,在Re 10 000~20 000范围内,最大传热综合性能约为1.08,交错布置的等间距扭带对传热综合性能的提升没有其它等间距扭带明显。等间距扭带能够强化空气传热主要在于通过诱导二次流,加强了近壁区流体与主流区流体的置换程度,均化了流场,并且能够以自旋流的形式在下游维持较长的距离。     

自转清洗扭带管对流传热强化机理的实验研究

具有传热强化功能的自转螺旋扭带清洗防垢技术发展较快。应用激光测速仪LDV(Laser Doppler Velocimeter)实验研究自转清洗扭带管内流体的湍流特性。结果表明：在自转扭带竹带动下,管内流体的流动结构发生了反常态的变化。在近管壁环形区域内流体的轴向分速度明显比管中心区域的高,轴向湍流度比无白转扭带时大;切向分速度随半径的增大而增大,并且存在很大的径向湍流度。这些结果初步说明了自转螺旋扭带管对流传热强化的机理是：管内由扭带带动形成的强制旋流和轴向平行流叠加而形成的螺旋流动,以及近管壁环形区域内流速的增大,不仅加强了边界层流体的扰动以及边界层流体与主流流体的混合,并且使边界层厚度减簿,从而才使管内的对流传热得以强化。本文试验研究的结果为自转螺旋扭带管内对流传热强化机理的深入理论研究提供实验基础。     

管内复合强化传热技术及机理分析

文中对管内强化传热及复合强化传热技术进行了在紊流流动下的阻力和传热特性分析,并给出了几种复合强化传热技术的试验研究结果。提出了螺旋槽带中插入旋向相反的部分管长扭带是行之有效,效果明显的复合强化传热技术。     

纳米流体在内置扭带外螺纹管内的流动和换热特性

为了研究纳米流体在内置扭带外螺纹管内的流动与传热特性,在Re(雷诺数)为2 000~12 000的范围内,分别对质量分数为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%的Cu、Al、A1_2O3、Fe_2O_3、多壁碳纳米管和石墨纳米流体在内置扭带外螺纹管内的流动与对流换热特性进行了实验研究。实验结果表明:在相同Re下不同纳米流体都存在最佳浓度比0.5%,其中Cu-水纳米流体的换热性能最好但是摩擦阻力较大,石墨的换热性能和摩擦阻力方面的综合性能最好。内置扭带外螺纹管较光管在换热性能方面提高了50.32%,但摩擦阻力系数也相应增加。根据实验数据对热性能系数进行了综合分析,得到了石墨纳米流体内置扭带外螺纹管对流换热以及摩擦阻力系数关联式,其计算值和实验值有较好的吻合度。     

扭带插入件强化圆管内换热的计算方法

通过对在等功率条件下,强化圆管内低Re数气体传热的扭带式插入件的研究。其扭转比Y是影响换热系数及沿程阻力的重要参数,恰当选择扭转比Y,以及正确计算换热系数和沿程阻力是影响换热设备计算准确的重要环节。     

半圆柱空间异形孔板换热器热工水力性能的数值模拟

为研究半圆柱空间异形孔板换热器的流动与传热特性,建立换热器简化物理模型,运用ANSYS软件建立CFD模型进行数值模拟,分析了开孔形状与板间距的影响,并对比了半圆柱空间异形孔板换热器与弓形板换热器的联系与区别。研究结果表明：半圆柱异形孔板换热器壳侧流体呈纵向流动,壳侧流体通过孔隙形成射流冲刷管壁,具有强化传热作用;板间距一定,开孔面积相近时,开孔形状对壳侧压降的影响较小,对换热性能的影响稍大;板间距越小壳侧换热系数越高但其综合性能指标越小;圆头三角孔板换热器在板间距30 mm时的壳侧换热系数比40及50 mm方案分别高5.62%,10.06%,综合性能指标低1.44%,2.07%;异形孔板换热器的综合性能指标比弓形折流板换热器平均约高27.89%。     

波纹板强化换热装置中带水膜饱和烟气对流传热的实验研究

为了探讨糖厂的烟气水膜除尘耦合换热技术实施的可行性,建立了带水膜湿烟气与空气之间的换热实验装置,进行带水膜湿烟气的对流传热实验研究。在该换热装置中,烟气在矩形通道中流动并喷入雾化热水,通过换热面加热另一侧的空气,同时,在烟气侧通道安装波纹板强化单元,以强化热质传递。实验确定最佳液气比,通过改变波纹板峰高、波纹段高、段数及烟气流速,研究带水膜饱和烟气的对流传热系数。结果表明:饱和烟气对空气的换热量显著;最佳液气比为3.3~4.2 L/m~3;烟气流速和波纹板添加段数的增加显著增大对流传热系数。回归了最佳液气比下的传热准则关联式。     

管内插物强化换热性能分析及应用

管内插物的种类很多，扭带、螺旋线圈以及绕花丝是三种较常用的管内插物强化换热技术，对它们的强化换热性能以及应用进行分析比较，是非常有必要的。从综合强化性能来看，螺旋线圈内插物比扭带内插物效果好；绕花丝内插物是一种新型综合强化换热技术，它优于前两种内插物的特点是：可使流体在流动方向上做复杂的三维混合流动，并且所产生的阻力降非常小，所以综合强化换热性能最好。图7表1参10     

垂直布置B30波槽管管外膜状凝结的实验研究

在略高于大气压的凝结条件下,对垂直布置渡槽管管外膜状凝结换热进行了实验研究。实验结果表明：垂直布置时波槽管具有一定的强化传热效果,在实验范围内,最佳波槽管的总传热系数约比光管提高27％-43％,而阻力系数约为光管的2．94-3．48倍,垂直布置的强化传热效果不如水平布置的好。通过对实验数据的回归分析,得到了垂直管管内对流换热、管外凝结换热及阻力系数的实验关联式。     

规则间隙内置扭带管的强化传热特性研究

圆管内置扭带能大大强化管内传热,利用周期边界对规则间隙扭带的6种结构形式采用CFD方法进行了研究,比较了各结构下管内传热能力Nu、阻力因子f、流动传热增强因子(f/f0、Nu/Nu0)和综合性能η。结果表明:扭带提高了管内流速,使高速区向壁面靠近,形成径向旋流冲刷管壁减薄边界层;规则间隙扭带加速了流体的扰动,使之形成间歇式的混合与分离;内置扭带结构的Nu/Nu0随Re增大成指数规律减小,最小值大于2.5;交替排列正反旋向扭带提升了Nu,但也使f/f0大幅升高,不同结构的f/f0变化规律各异,综合性能表明s=1的内置扭带总体性能最优。根据数值模拟结果拟合出了各结构流动传热关联式。