螺旋半圆管夹套内湍流流动与传热的数值模拟

应用CFD分析软件Fluent,在简化模型的基础上对螺旋半圆管夹套内的三维湍流流动及换热进行了数值模拟. 结果表明,夹套内与螺旋线垂直的横截面上,切线方向的时均速度等值线呈鞍状分布,弯曲外壁侧的速度梯度远大于直内壁侧;二次流为稳定的两涡结构,二次涡的中心位置在半圆形截面的2个尖角附近. 由于二次流的作用,换热壁面上局部努塞尔数Nulocal分布不均,最小值在壁面中心点处,最大值在中心点两侧,研究范围内,最小值为平均值的0.8~0.85倍,最大值为平均值的1.15~1.25倍. 螺距对夹套内充分发展段的流体流动及换热的影响很小;增大曲率,夹套的换热能力增强,同时流动阻力也增大.     

釜内螺旋半圆管夹套内流体湍流流动特性

采用实验和数值模拟方法对安装在反应釜内壁侧的螺旋半圆管夹套中流体的湍流流动特性进行了研究. 无量纲曲率d=0.133、无量纲螺距t=0.127的夹套中流体湍流速度场的实测与模拟结果吻合较好. 基于正交螺旋坐标系,给出了夹套内流体的速度场,包括平均轴向速度、二次流速度及二次流函数分布. 研究了平均雷诺数Re、d及t对速度场及流动阻力的影响. 结果表明,充分发展湍流条件下,釜内螺旋半圆管夹套横截面上,平均轴向速度最大值的位置有2个,二次流为恒定的4涡结构. 随Re和d增加,2对二次涡的强度及湍流流动阻力fRe均增加. 相对于釜外螺旋半圆管夹套,在0.05≤d≤0.1, 10000≤Re≤18000的范围内,釜内螺旋半圆管夹套中的湍流流动阻力fRe提高了2.13%~7.72%.     

三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热模拟

对三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热性能进行了模拟,得到了充分发展条件下恒定热流加热时釜内湍流流体的速度场,分析了雷诺数(Re)和无量纲曲率(k) 对流体阻力和换热性能的影响,并由模拟数据拟合出平均阻力系数及平均努赛尔数的关联式. 结果表明,湍流流动中,夹套内流体的二次流动为稳定的二涡结构,随雷诺数增大,二次流强度和湍动能均增强. 由于离心力的作用,外壁面的阻力系数远大于内壁面. 换热面上局部努塞尔数的峰值出现在靠近二次涡中心位置的换热壁面处,换热面中心处的局部努塞尔数约为峰值的85%. 随Re和k增大,峰值处的局部努塞尔数值增大最明显,流体的平均努塞尔数及阻力系数均增大. 在所模拟的范围内,三角形螺旋夹套的效率因子E>3.7,且随Re和k增大,E逐渐增大.     

半圆管夹套式反应釜的探讨

文章介绍了半圆管夹套式反应釜的特点,并对使用情况进行了说明。     

螺旋半圆管夹套反应釜的设计、制造与应用

<正> 螺旋半圆管夹套设备在欧美国家已较普遍使用,且西德已在1979年形成规范化了。而我国化工行业中,除引进少数螺旋半圆管夹套设备外,自行设计、制造的同类设备还不多见,且目前都还存在着一定的问题。我北京红狮涂料公司设计室自1985年开始,已陆续设计并委托航空航天部某厂制造了4m~3、7m~3、8m~3和14m~3等5种规格     

略谈半圆管夹套反应釜的优越性

本文介绍了半圆管夹套相对于传统夹套的一些优点。     

螺旋半圆管夹套内充分发展层流流动与换热特性

根据螺旋半圆管夹套的结构特点,提出了简化的物理模型;采用数值方法求解了恒定热负荷条件下夹套内流体充分发展的层流流场和温度场,并与激光多普勒测速仪测得的速度场和已有的传热实验结果进行了对比。研究了夹套的结构和换热流体Prandtl数Pr对夹套内流体流动及换热特性的影响。结果表明:层流状态下,夹套管的横截面上存在两涡结构的二次流;随着曲率k的增大,二次流函数值增大,二次涡的强度增强,流动阻力增加。二次流对夹套内的换热起强化作用,k值越大,换热流体的Pr越小,二次流的相对强化换热作用越明显。增大k或Pr可以强化夹套内的换热,但强化效果不同;夹套内换热面的中心部位是需要强化换热的重点部位。     

Heat Transfer Augmentation and Entropy Generation Analysis of a Helically Coiled Tube with Internal Longitudinal Fins

Heat transfer augmentation and entropy generation were investigated for a helically coiled tube with internal longitudinal fins. The Nusselt number, friction factor, thermal‐hydraulic performance ratio, and augmentation entropy generation number were calculated and analyzed. The results indicated that the internal longitudinal fins enhance the secondary flows and increase the temperature gradient near the tube wall, which in turn increase the heat transfer. It was found that the helically coiled tube with internal longitudinal fins provides the best integrated performance over the range of computed Dean numbers. The Nusselt number rised by 20–35 % with a corresponding 27–56 % increase of the friction factor. The computed results indicated that augmentation entropy generation numbers are approximately changed between 0.012 to 0.132 levels, i.e., the novel helically coiled tube with internal longitudinal fins is more efficient than that without internal fins.     

外夹套反应釜与外半管反应釜热交换形式的对比分析

反应釜对传热能力要求较高.探讨外夹套反应釜和外半管反应釜换热方式的优劣,结合实例进行分析,目的在于方便用户对反应釜外壁换热方式进行选择.     

带夹套容器的传热设计

介绍带夹套容器的传热设计方法及关联式。     

折流杆换热器壳程湍流和传热的数值模拟

折流杆换热器壳程结构复杂,用理论方法难以获得壳程流体流动和强化传热机理.为了分析折流杆在换热器壳程中作用,采用数值方法研究了壳程流体的流动和换热状况.首先对壳程结构进行适当简化,提出了换热器壳程的"单元流道"模型用于研究纵流式换热器壳程流场和温度场的实际细观信息.针对三维几何模型和数学模型,数值模拟采用标准k-ε两方程湍流模型,用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系,流道的固体边界采用壁面函数法,在不同进口流量下对单元流道进行模拟.结果表明,纵横交错布置的折流杆在单元流道中不断分割和剪切流道内流体,其扰流作用促进了流体湍流,减薄了液体边界层,减小了对流换热热阻,因而有效地提高了流体的对流换热强度.数值分析结果可为折流杆换热器的结构优化和性能提高提供理论依据.     

螺旋槽管内流体传热性能数值研究

研究了螺旋槽管内径Di、螺距P、槽深e等各因素对管内流体传热性能的影响,用数值模拟法进行传热系数数值计算,并与相同材质、相同直径和壁厚的光管同步对比。对计算结果进行线性回归处理,确立Nu与Re的关联式。结果表明,螺旋槽管具有较好的传热强化作用,在同等Re工况下,其传热系数较光管提高10%～60%。     

铜材退火罐热量回收利用装置传热分析

对某厂铜件退火罐,利用风冷夹套回收其余热用于木材干燥。采用ANSYS 14．0软件模拟了风冷夹套中的流场、温度场和压力场,并根据工程实际对进气口数量进行了优化。结果表明,进气口数量的改变不仅改变了流动阻力而且影响传热效果。当进气口数量为7时,退火罐出气口空气温度适宜用于干燥木材并且取热效果良好。     

波纹内翅片管的管内对流换热特性研究

通过实验研究了波纹形内翅片换热管的对流换热和阻力特性,拟合了所测Re范围内对流换热和阻力实验关联式,并运用相同质量流量、相同泵功率、相同阻力降这三种准则比较了该翅片管与普通光管之间的传热效果。结果表明,这种波纹形内翅片管有较强的换热效果,特别是在低Re条件下,强化效果更加明显。     

周向平行细通道夹套的换热特性

提出一种周向平行细通道的夹套结构,采用数值方法对细通道夹套的换热特性进行研究,分析了流量、通道尺寸和数量对换热性能的影响,并与无细通道夹套进行比较. 结果表明,研究范围内细通道夹套内筒壁面的平均温度和温度不平均系数分别比无细通道夹套平均低9.7 K和36.7%,且二者均随流量增大而减小;当通道高度一定时,通道宽度越小即通道数越多,内筒壁面平均温度越低,而温度不平均系数几乎不变;细通道夹套的通道数越多,同一横截面上流体温度分布越均匀,且流体温度不均匀系数随质量流量增大趋于定值;内细通道夹套的平均传热系数约为无细通道夹套的0.87~2.04倍;细通道夹套的通道数越多,传热系数越大;平均传热系数随质量流量增大而增大,当流量增加到一定程度时,其增加趋势变缓,通道数越多,变缓的趋势越明显. 由模拟数据拟合出细通道夹套平均努塞尔数的关联式为Nuave=3.71696Re0.30341(Dh/Rc)0.28574.