涡发生器与螺旋片强化不同曲率的壳侧传热

为考察涡发生器与螺旋片对不同曲率的套管式换热器壳侧的传热强化效果,在不同中径的壳侧安装了相同密度的螺旋片和三角翼型涡发生器。以空气为介质,在Re=680～16000范围内,采用实验和数值模拟方法研究了壳侧的传热和阻力特性,考察了不同曲率下复合强化的壳侧的综合性能,分析了传热强化机理。结果表明,曲率越大,壳侧传热系数越高,摩擦因数越大。对曲率分别为0.131、0.321和0.440的3种换热器壳侧,涡发生器将其传热系数平均提高了31.52%、20.83%和18.33%。小曲率和复合强化的壳侧综合性能更好。涡发生器改变了换热器壳侧的流场结构,提高了速度场和温度场之间的协同性,从而提高了换热器壳侧的传热效果。     

流线型涡发生器与螺旋片强化换热器壳侧传热

为降低翅翼型纵向涡发生器与螺旋片复合强化的套管式换热器壳侧传热阻力,提出一种新型翅翼型纵向涡发生器,即流线型涡发生器。采用实验和数值模拟方法研究了流线型涡发生器与螺旋片复合强化的换热器壳侧的传热和阻力特性并与三角翼型涡发生器(DWP)的强化效果进行比较,考察了流线型涡发生器common-flow-down(CFD)和common-flow-up(CFU)两种安装方式的强化效果,分析了流线型涡发生器的减阻机理。结果表明,在涡发生器面积和迎流角相同的情况下,流线型涡发生器可以取得与三角翼型涡发生器相同(Re8000)或略低(Re8000)的传热系数,但其产生的流动阻力比三角翼型涡发生器低21%;在相同压降条件下,common-flow-up安装方式的综合传热效果优于common-flow-down;流线型涡发生器减阻机理在于提高了速度场与压力场的协同性。     

螺旋片强化的套管式换热器壳侧传热特性

为揭示螺旋片强化套管式换热器壳侧传热的机理,以指导此类换热器的进一步强化,对螺旋片强化的套管式换热器壳侧的传热和阻力特性进行了实验研究,并与光滑内管换热器进行了比较;利用可实现的k-ε湍流模型,对螺旋片强化的套管式换热器壳侧流体的流动和传热特性进行了数值模拟,研究了正交螺旋坐标系下壳侧螺旋通道中的流场结构.实验结果表明...     

基于螺旋片强化的套管换热器性能

基于RNG k-ε模型对螺旋片强化的套管换热器的传热进行模拟,通过模拟结果与文献中的实验结果进行对比来验证模拟的可行性;分析了Reynolds数为2362~16860范围内的螺旋升角α变化对Nusselt数和摩擦阻力系数f的影响;并考察了等泵功率下的综合传热性能PEC值的变化规律。结果表明:Nu和f的平均误差分别为7.1%和1.3%,证明所采用的研究方法是可行的;f在15°~75°范围内,Nu和f均随着α的减小而增大,特别地,当α小于35°时,f随α的减小剧烈增大;在等泵功率下,PEC值为0.84~1.93;α在15°~45°时,α为35°具有较好的综合传热性能,f为55°、65°和75°时,虽然其PEC值比35°时略高,但其Nu与35°时相比要小很多,实际应用中考虑到传热速率的问题,选择35°的螺旋升角较为合适,此时,PEC值为1.26~1.62。另外,为减小f,提出倾斜螺旋片强化的方法;螺旋升角α为35°、螺旋片倾斜角β为10°时,与普通螺旋片相比,Nu基本一致,甚至略大,而f减小了12.5%~14.5%,此时,PEC值为1.38~1.71;场协同理论也很好地验证了这一结果。     

基于螺旋片强化的套管换热器性能

基于RNG k-ε模型对螺旋片强化的套管换热器的传热进行模拟,通过模拟结果与文献中的实验结果进行对比来验证模拟的可行性;分析了Reynolds数为2362～16860范围内的螺旋升角α变化对Nusselt数和摩擦阻力系数f的影响;并考察了等泵功率下的综合传热性能PEC值的变化规律。结果表明：Nu和f的平均误差分别为7.1%和1.3%,证明所采用的研究方法是可行的;α在15°～75°范围内,Nu和f均随着α的减小而增大,特别地,当α小于35°时,f随α的减小剧烈增大;在等泵功率下,PEC值为0.84～1.93;α在15°～45°时,α为35°具有较好的综合传热性能,α为55°、65°和75°时,虽然其PEC值比35°时略高,但其Nu与35°时相比要小很多,实际应用中考虑到传热速率的问题,选择35°的螺旋升角较为合适,此时,PEC值为1.26～1.62。另外,为减小f,提出倾斜螺旋片强化的方法;螺旋升角α为35°、螺旋片倾斜角β为10°时,与普通螺旋片相比,Nu基本一致,甚至略大,而f减小了12.5%～14.5%,此时,PEC值为1.38～1.71;场协同理论也很好地验证了这一结果。     

管壳式换热器壳侧强化传热技术的研究进展

指出了传统的弓形折流板管壳式换热器存在的问题,对各种强化壳程传热的传热管换热器、纵向流、螺旋流、射流换热器的结构特点、强化传热机理及其研究现状进行了详细的分析与总结,并提出了管壳式换热器壳侧强化传热技术的发展方向。     

螺旋套管式换热器螺纹强化管程传热研究

基于实际工程应用,采用CFD软件,建立了内管为螺纹管的新型螺旋套管式换热器的三维实体模型,并使用管程流体与壳程流体耦合计算的方法进行模拟计算,重点分析了螺纹槽高和槽距等结构参数对管程流体流动与传热特性的影响。结果表明：螺纹的扰流和导流作用,改变了管程螺旋通道横截面上的二次流结构,除在横截面外侧区域形成一个不规则主涡外,还在截面内侧区域的近螺纹处产生了大小不一的附加涡旋。主涡和附加涡共同作用加剧了壁面和中心区流体的热质交换,强化了换热效果。在研究范围内（Re=8 000～40 000）,螺旋套管式换热器内管采用螺纹管与内管采用光管相比换热效果提高了约36%～143%。螺纹槽高及槽距对管程流体传热影响较大,Nu和f随槽高的增加而增加,随槽距的增大而减小。     

安装涡发生器的矩形截面螺旋通道内流体流动

对安装三角翼型涡发生器的曲率为0.05的矩形截面螺旋通道内的流场进行了实验测量,并将测量值与模拟值进行比较,二者吻合较好。利用数值模拟方法研究了矩形截面螺旋通道内涡量的演变过程,研究了曲率及Reynolds数对涡发生器有效作用距离的影响。结果表明,安装三角翼型涡发生器后,矩形截面内靠近内壁处新出现了两个common-flow-down型的二次涡,新出现的额外涡量的极值为原有涡量的2.0~2.8倍。Reynolds数越大,曲率越小,涡发生器的有效作用距离越长。当曲率为0.05,迎流角为10°,Reynolds数为5370时,其值可达翼高的79倍。     

高低双螺旋片强化套管换热器壳侧换热

采用实验和数值模拟相结合的方法,研究了高低双螺旋片对套管换热器壳侧的强化换热效果.以仅带有高螺旋片的换热器结构为基础,研究了曲率ε分别为0.44、0.321和0.131时,Reynolds数在4000~20000范围内,低、高螺旋片高度之比l/W对壳侧换热平均Nusselt数Nu_m和流动阻力系数f的影响,考察了等泵功条件下换热器的综合传热性能.对ε=0.44的换热器研究结果表明:当l/W>1/2时双螺旋片强化传热效果显著,且研究工况中l/W=3/4时最优,此时与单一高螺旋片相比,Nu_m值平均提高了10.8%;研究范围内,综合强化传热因子PEC数在1.044~1.204.对不同曲率换热器的研究结果表明,同一l/W值下,PEC数随着曲率ε值的增大而增大,说明双螺旋片结构更适合强化曲率较大的套管换热器壳侧换热.     

管壳式换热器壳程传热强化研究

壳程的传热强化是管壳式换热器传热强化的一个重要方面.回顾了管壳式换热器壳程传热强化研究的发展.从流场和温度场协同配合作用的角度出发,研讨高效强化传热管的发展途径.指出壳程结构的优化必然同强化管束的优化组合相联系,且运用计算流体力学技术对壳侧流场和温度场进行数值模拟对研究管壳式换热器壳程的传热强化具有重要的指导意义.     

扰流柱协同螺旋片强化套管换热器壳侧换热

对于内管外壁安装有螺旋片的套管换热器的壳侧,在螺旋片所形成的螺旋通道中心,沿螺旋方向周期性地布置扰流柱以进一步提高其换热性能,对这种扰流柱协同螺旋片强化的换热器的换热特性进行了实验研究,应用场协同理论分析了其强化机理。结果表明,在Re=4000～14000范围内,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的传热系数为相同螺距下只安装螺旋片的换热器的1.53～2.53倍,为光滑内管换热器的3.08～4.87倍。在相同质量流量、相同压降及相同泵功条件下,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的综合换热性能明显好于相同螺距下只安装螺旋片的换热器及光滑内管换热器;在相同压降及相同泵功条件下,保持螺距不变,安装扰流柱比螺距减小一半的综合换热性能更好;单位螺距内安装奇数个扰流柱比安装偶数个扰流柱略好。扰流柱的安装增大了径向速度,使温度场与速度场的协同效果更好,从而提高了换热效果。     

纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化

纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时,较小幅度地增加其流动阻力。利用三维数值模拟的方法,详细分析和研究了纵向涡发生器对管翅式换热器传热流动的影响;并对纵向涡发生器的关键参数（攻角,数目,摆放位置）进行了优化。结果表明：纵向涡发生器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度超过了其流动阻力增加的幅度,与未采用强化措施的换热器相比,其空气侧传热系数提升了71.3%～87.6%,相应的流动阻力增加了54.4%～72%;空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大,但空气侧的局部换热能力在第5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响;与纵向涡发生器的顺排布置相比,纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时,可以在保证强化换热水平的同时,进一步减小换热器流道内的流动阻力。     

矩形窄通道内带纵向涡发生器的传热强化

对带有纵向涡发生器的水平矩形窄通道内水的强化传热与阻力特性进行了实验研究,得出了Re在3000～20000(过渡区和湍流区)范围内纵向涡发生器不同安装形式对水的流动与换热特性的影响规律.结果表明：带纵向涡发生器(LVGs)的通道比光通道的传热因子j提高了25％～55％,同时阻力有所增加.在3种不同比较准则(相同泵功、相同压降及相同质量流量)条件下,两侧安装有交叉方向LVGs的通道换热效果较好,顺流方向换热效果略好于逆流方向.     

Heat transfer enhancement in fin-plate heat exchangers by wing type vortex generators

Heat transfer and fluid mechanical data were computed for laminar channel flows containing strong longitudinal vortex pairs. The strong vortices are generated by thin delta wings and delta winglet pairs of low aspect ratios and large angles of attack. These wings are attached to the channel walls. The data show that longitudinal vortices cause high local peaks in heat transfer and marked increases in the overall channel heat transfer. These increases occur over a wide region of channel wall, compared to the vortex generating wing area. The results are of special interest for compact heat exchangers. The heat transfer enhancement allows a considerable reduction in the heat transfer area which, in turn, reduces the manufacturing and operating costs.     

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。     

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.