流体在粗糙管管内及管隙间湍流流动阻力与传热的数据关联

本文分析了流体在规整型粗糙强化管束的管内和管隙间的流动和传热特性,讨论了湍流流体在规整型粗糙壁面上和在光滑壁面上动量与热量传递的差别,推导出光滑管和粗糙管管内及管隙间湍流流动的流体摩擦阻力系数和传热准数方程的关联式,并能较好地关联螺旋槽管、螺旋低翅片管和缩放管管内与管隙间的流体阻力和传热的实验数据.     

螺旋槽管内氟利昂113沸腾传热强化和阻力研究[摘要]

以R—113为介质,进行水平螺旋槽管内氟利昂沸腾传热和阻力的实验研究。得出螺旋槽管内给热系数比光滑管提高54～132％。结合实验数据分析了螺旋槽管强化管内沸腾传热的性能。根据传热和阻力     

螺旋槽管槽深对定子水冷器传热与阻力特性的影响

螺旋槽管与折流栅组合的高效水冷器的传热和阻力特性与其管、壳程的结构因素密切相关,本文就螺旋槽管槽深对水冷器管、壳程传热与阻力特性的影响进行了实验研究.结果表明：壳程流速变化对水冷器传热系数的影响更加明显,即壳侧热阻相对较大,强化传热应以强化壳侧换热为主要目标;螺旋槽管槽深对水冷器传热系数的影响很大,应在实际工程设计中确保实际槽深符合设计要求;槽深越深,管壳程阻力也相应增加,即传热的强化是以阻力增加为代价.根据实验结果还得到了不同结构水冷器的管、壳程换热与阻力计算关联式.     

螺旋复合型槽纹管的壳程流动和传热特性分析

针对一种由六头螺旋槽纹管和光管组合而成的新型螺旋复合型槽纹管,在10 000≤Re≤30 000的范围内,观察螺纹部分长度分别为0.1、0.2、0.3m时对壳程流体的流动和传热产生的影响。基于得到验证的数值模拟方法,研究不同Re下流体在壳程的流动情况,通过分析二次流的产生与消失过程,发现流体在壳程中流动的规律与螺纹部分长度无关。随着Re的增长,二次流变得更加剧烈,能有效强化传热,而螺旋复合型槽纹管引起的阻力损失也随之增大。     

螺旋扭曲管内部流动与传热特性试验研究

螺旋扭曲管是一种新型的强化传热元件，具有传热效率高、流动阻力小等优势，在石油化工、船舶、采矿、动力以及钢铁行业中具有广泛的应用前景。采用试验的方法，研究了螺旋扭曲管管内在湍流(Nu>20 000)范围内的流动与强化传热特性，并与同规格的光滑圆管进行了比较。试验结果表明，在相同的Re数下，螺旋扭曲管管内Nu数大于光滑圆管，增大了约30%～50%,表明螺旋扭曲管能有效地提高管内对流换热效果；在相同的Re数下，螺旋扭曲管阻力因子比光滑圆管小；在相同的流量下，螺旋扭曲管管内阻力损失与光滑圆阻力损失基本相当，表明采用螺旋扭曲管不会显著的增加摩擦阻力。     

螺旋扁管换热器流动与强化换热性能数值分析

采用数值模拟方法研究了螺旋扁管换热器节能效率。通过对相同工况和相同结构的光滑直管换热器和螺旋扁管换热器进行比较,得出螺旋扁管换热器的压力、速度、温度分布情况均优于光滑直管换热器。对三种工况下冷却水流量与壳程介质进出口流体平均温差的关系进行了研究,结果表明,单位时间内,同工况下的螺旋扁管换热器比光滑直管换热器可节省约20%的冷却水。     

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...     

螺旋槽管管内流阻和传热特性的研究

本文以空气为工质,在雷诺数Re=10~4～10~5以及较大的管参数范围内对13条螺旋槽管进行了阻力和传热实验。实验结果证明就强化管内单相流体的湍流传热而言在粗糙雷诺数e~+=10～500范围内,螺旋角β≈90°的单头管比多头管具有更好的强化传热性能。用热线风速仪测定了螺旋槽管中的速度分布,定性地分析了管内沿轴向方向湍流强度的强弱,用壁相似定律、混合长理论以及热动量传递相似理论推导了螺旋糟管的阻力和传热模型。最后对螺旋槽管的管参数进行最优化计算,并讨论了Pr数对最佳管参数和最佳操作雷诺数的影响。     

进口轴向叶片旋流器与螺旋槽管的管内复合强化传热

对进口轴向叶片旋流器与左旋螺旋槽管、右旋螺旋槽管以及对称交叉螺旋槽管组成的管内复合强化传热进行了试验研究,给出了管内阻力和传热试验结果,得到了考虑复合攻角（旋向）因素在内的管内阻力和传热准则关联式,并对传热和流阻的综合热力性能进行了定量评价．试验表明：相同泵功和换热面积条件下,旋流器与螺旋槽管反向复合后的换热量可提高至光管换热量的1．9倍．     

高效复合强化换热器的管程性能

通过搭建内螺纹扭曲椭圆管复合强化管换热器传热与压降性能测试平台,对内螺纹扭曲椭圆管复合强化管换热器的管程传热和流阻性能进行了实验研究,以实验数据为基础拟合得到其对流传热系数和流动摩擦阻力系数与管内流体Reynolds数的计算准则关系式,将内螺纹扭曲椭圆管与光滑圆管、内螺纹圆管、光滑扭曲管的管程传热、流阻以及综合性能进行对比分析,结果显示内螺纹扭曲管流动阻力略高于其他类型的换热管,传热效果和综合性能明显优于其他类型换热管。内螺纹扭曲管作为一种内螺纹和扭曲扁管强化传热技术的叠加技术,强化传热效果明显,具有重要的工程应用价值。     

三相流闭式重力热管的强化传热

将三相流强化传热技术应用于重力热管,构建了三相流闭式重力热管系统.以水为工质,固含率(体积分数)、固体颗粒的种类、大小及加热功率等作为参数,研究并分析了三相流重力热管的传热性能.结果表明:在一定的条件下,三相流闭式重力热管具有一定的强化传热效果.随着加热功率的增加,等效对流传热系数增大.加入φ5.5 mm的聚甲醛颗粒时...     

螺旋套管换热器壳程流体湍流换热热力性能数值研究

利用计算流体力学软件对内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的湍流流动和换热性能进行了数值模拟。通过与内管为光管的研究结果对比,揭示了内管为螺纹管时壳程流体的速度场和温度场分布,研究了雷诺数、槽高对壳程流体湍流流动及换热性能的影响,并利用场协同原理初步揭示了螺纹复合螺旋流动强化流体换热的机理。结果表明,螺纹内管的螺纹凸起对螺旋套管换热器壳程流体的扰流和导流作用明显,在研究范围内(Re=10 000~24 000),内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的传热效率较内管为光管的模型最大提高了22.1%;结构参数相同时,随着Re增大,螺旋套管换热器壳程流体的Nu逐渐增大,阻力系数f逐渐减小,综合评价因子Ψ逐渐减小,在研究范围内,Nu最大增加了85.6,f最大减少了0.008,Ψ从1.35减小至1.18。当Re一定时,当量高度h'增大,f逐渐增大,Nu先增大后减小。由场协同原理分析得出,h'=0.220时,在螺纹凸起扰流和导流的作用下壳程流体的温度场与速度场协同性能较好,综合评价因子Ψ最大,螺纹的优化当量高度h'宜取约0.220。     

水平管油气两相段塞流及其传热特性

海底油气管道的冷却传热过程是结蜡、水合物等海洋石油工业流动保障问题的关键控制因素。采用电容探针与热电偶、热电阻等流动及温度测量手段对不同冷却条件下空气-油段塞流的流动参数和传热参数进行实验测量,分析了空气-油段塞流流动参数对传热特性的影响,并与空气-水对流换热进行对比。结果表明,空气-油段塞流对流传热系数主要受液相折算速度的影响,且冷却液温度越低,管底热流体黏度越大,导致热边界层越厚,传热系数降低;受黏性力及边界层影响,对流传热系数远小于空气-水;沿管壁周向,从管顶到管底的对流传热系数不断增大。提出了适用于冷却条件下的油气段塞流传热关联式和传热模型。     

三相流重力热管冷凝段传热性能研究

为拓展三相流强化传热和防、除垢技术的应用领域,优化重力热管的传热性能,设计并构建了1套三相流闭式重力热管系统。考察了固含率、加热功率、充液率等参数对于三相流重力热管冷凝段传热性能的影响。结果表明,三相流重力热管可以强化传热。冷凝段对流传热系数随着加热功率的增加而增大,随着充液率的增加而减小。充液率较低时,冷凝段对流传热系数随着固含率的增加而增大;而当充液率较高时,随着固含率的增加,对流传热系数则呈现出先增加,后降低,然后再增加的变化趋势。     

三分螺旋折流板换热器内二次流分布与强化传热关系分析

通过对倾斜角35°首尾相连的三分螺旋折流板换热器的数值模拟,展示了其壳侧通道内流体在典型切面上的流场和流线分布,以及典型切面上典型直线的流动和换热参数分布,并与性能测试结果进行了对比。结果表明,数值模拟结果与实验结果是吻合的。螺旋折流板形成的近似螺旋通道,使换热器壳侧流体受离心力和向心力共同作用形成了迪恩涡二次流,且在每个螺旋周期内都存在;二次流增强了主流区域流体与靠近壁面流体的掺混,使得壳侧典型切面上中心线和折流板外缘直线的轴向速度较大;除主流中心区域外,壳侧流体在二次流的作用下具有均匀的湍流动能;二次流所在区域内,壳侧同心柱面内典型直线上换热系数相差不大,但由于二次流能使其附近区域传热面上的流体得到不断卷吸掺混,由此强化传热。     

插入圆柱状丝网管对单相对流传热的强化

提出在传热管内插入圆柱状丝网管调控流场进而强化传热的方法。通过在管内同心插入圆柱状丝网管,将流通截面分成中心区和环隙区,流体流经丝网入口处时受到阻力较大,大部分流体流向环隙区,使得速度场受到调控。环隙区与中心区内冷热流体掺混,强化传热。为验证这一思想搭建强制对流换热实验台,以去离子水为工质,Reynolds数为2392～20175,热通量为50.18～282.88 kW·m^-2。通过对局部、平均Nusselt数及摩擦压降数据的研究,结果表明：同光管传热相比,插入丝网管后平均Nusselt数提高,传热强化系数为1.21～1.84,且最大强化系数发生在过渡流内。入口段强化效果明显,局部传热强化系数最高可达到2.64。而强化传热的同时摩擦压降增大6.1～10.6倍。同时对该结构的传热强化机理进行分析：流场受到丝网管的调控作用,进而强化传热。     

管内螺旋液固两相流的流动行为及传热

利用Fluent-EDEM耦合方法对管内插螺旋线的液固两相流动与传热进行数值模拟,分析了螺旋线对固相颗粒的诱导碰撞作用和液固两相流传热性能的影响. 通过实验验证,模拟值与实验值的偏差为6.3%~13.8%. 模拟结果表明,与管内未插螺旋线对比,管内插螺旋线对液固两相流体具有诱导作用,使流体呈螺旋流状态;在流体离心力和螺旋线共同作用下,贴近管内壁运动的固体颗粒体积分数由0.44%提高到3.27%;相同雷诺数Re条件下,内插螺旋线液固两相流传热方法的努赛尔数Nu最大. 在Re≤60000范围内,内插螺旋线液固两相流的综合评价指标值均高于内插螺旋线和液固两相流单独作用方式. 因此,该技术适用于低Re下管内防垢除垢及强化传热的工况.     

3种管内强化管沸腾换热性能对比

对3种不同螺纹结构的强化管的管内沸腾换热性能进行对比实验研究, 采用R22为实验工质。3种强化管的内径和外径相同, 分别为6.9 mm和7.92 mm;管外均为光滑表面, 管内的强化结构参数则不同:螺纹的螺旋角变化范围为14°~18°, 螺纹高为0.15~0.22 mm, 螺纹槽宽度为0.1~0.2 mm。在给定进口和出口制冷剂的状态下, 通过改变管内工质的质量流速, 测试3根强化管的换热特性与质量流速的关系, 并进行性能对比。实验结果表明:3种螺纹管管内沸腾传热系数分别比光管高出60%~80%, 80%~120%和80%。分析认为, 当流动处于层状流或者层状流与环状流的过渡区时, 较大的螺旋角有利于换热;当流体处于环状流时, 较多的螺纹头数有利于换热。     

多蒸发器低温回路热管的运行特性

回路热管（LHP）是柔性高效的两相流换热部件,通过工质的相变以及毛细芯的吸附作用实现高效传热。多蒸发器回路热管（MeLHP）是在其基础上通过多个蒸发器并联实现对多个热源的高效热收集与排散,适用于空间探测技术中多阵列红外探测器的制冷。本文试验样机采用包含三个蒸发器的多蒸发器回路热管结构,管路以气耦合方式并联,管线非对称布置,工作温区为170K,采用乙烷为相变换热工质。以单蒸发器回路热管的数据为参考,在不同的加热功率及加热方式下对多蒸发器回路热管进行运行特性的实验研究,并从补偿器工作特性出发研究其充液率对性能的影响。实验证明,该MeLHP样机运行过程中具有良好的热分享特性,负载热量在各蒸发器间互相分享,且该特性有方向性,与两相流的流动特性相关,表现为低流阻回路向高流阻回路分享为有效分享,反之会引起高流阻性能变差而容易失效,因而低流阻回路分配更多热负载,有利于热管运行;MeLHP的传热极限与单蒸发器回路热管相当,并且实验还验证了MeLHP补偿器的工作方式为单一补偿器工作,因而对MeLHP充装时应适当提高充液率,以获得与单回路热管一致的性能。该研究有助于多蒸发器回路热管运行规律的掌握,对实际应用的推动有促进作用。     

矩形截面高宽比对射流强化螺旋通道传热性能的影响

为了进一步探究具有不同截面高宽比的单一螺旋通道内流体湍流流动与换热特性以及射流对矩形截面螺旋通道的强化传热效果,采用计算流体动力学软件模拟研究了高宽比γ分别为0.625, 1.1, 1.6和2.5时,单一矩形螺旋通道及射流作用下螺旋通道内的湍流流场、二次流场及强化换热特性。结果表明,对于单一矩形螺旋通道,相同横截面积和流量时,仅当γ≥1.6的通道在高雷诺数下二次流会出现四涡结构,其余为两涡结构。对于单一螺旋通道,γ值越大流动阻力越小,同时换热性能越差。加入射流后,矩形截面四个壁面的换热能力均有提高,γ值越大射流的强化传热效果越显著,研究范围内局部壁面换热努塞尔数的平均值(Nulocal)m最高可为单一螺旋通道的2.51倍。考虑流量增加的影响,射流影响下的螺旋通道区域内综合强化传热因子PEC2在1.05~1.21之间。