旋流片支撑管束的传热与流阻性能

提出旋流网板管壳式换热器,并对空气纵向流过旋流片支撑光滑传热管束的传热与流阻性能进行了实验研究。另外比较了270-38.1、180-38.1、270-20.3、180-20.3四种旋流片和空心环的强化传热性能。实验结果表明,270-20.3和180-20.3旋流片支撑光滑管束的强化传热评价因子η比空心环支撑的高出7%,而270-38.1、180-38.1、空心环的评价因子η相差不大。除了起到支撑管束作用外,270-20.3和180-20.3旋流片还具有良好的强化传热效果。实验结果可为对管壳式换热器的研究设计提供参考。

旋流片强化传热的数值模拟和场协同分析

基于壳程周期性单元流道模型,采用数值模拟方法分析了一种新型的传热强化元件——旋流片作为管间支撑物的湍流流动与传热特性。数值模拟采用重整化(RNG)κ-ε双方程湍流模型,SIMPLEC算法进行压力和速度的耦合,壁面处理采用强化壁面处理法。分析了单元流道横截面流场和湍流强度的周期性变化,以及截面上流场和温度场的协同关系。比较了截面平均Nusselt数和平均协同角的对应变化趋势。结果表明,旋流片使流体在管束间做三维螺旋运动,破坏了流体流动的连续性和稳定性,增强湍流强度从而强化传热,同时改变了管束间流体的速度场与温度场分布,旋流片强化传热的根本机理是改善了两场的协同关系。

旋流片强化换热器壳程传热的数值模拟与实验

分析了一种新型的传热强化元件——旋流片作为管间支撑物时的流动与传热特性.应用周期性单元流道模型,对光滑管束间支撑物的强化传热进行了数值模拟和实验研究.采用重整化(RNG)κ-ε双方程湍流模型,以SIMPLEC算法进行压力和速度的耦合,并采用强化壁处理法处理壁面,模拟了单元流道的流场与温度场,比较了空心环和旋流片的综合热力性能.结果表明:旋流片可以使流体作三维螺旋运动,起到强化换热的作用.两种旋流片的换热效果都优于空心环,但阻力损失也都大于空心环;小扭率的旋流片会引起较大的形体阻力,导致综合热力性能反而不如空心环;旋流片的结构参数是影响其综合热力性能的主要因素.

缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热

为了获得较好的传热性能,提出一种在缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热方法,对以4种不同间隔插入旋流片的缩放管进行了传热与流阻实验研究,并与普通光滑圆管、缩放管空管、内插旋流片的光滑圆管三种结构的结果进行比较.实验结果表明:在实验范围内(3 400<Re<20 000),随着雷诺数的增大,强化传热效果增强;缩放管内插入长68mm、旋转角为180°的旋流片,当旋流片间隔为700mm时,其强化传热性能最佳,传热综合因子分别比光滑圆管、缩放管空管、内插旋流片的光滑圆管提高了21%、15%和16%,说明缩放管内间隔插入旋流片,具有良好的复合强化传热效果.

旋流片支撑缩放管管束的复合强化传热

提出了由旋流片支撑缩放管管束的管壳式换热器壳程结构,对壳程工质为空气时,4种类型旋流片和空心环分别支撑缩放管管束的传热与流阻性能进行了实验研究,并进行了相互比较。实验结果表明:工质为空气时,270-20.3、180-20.3两种旋流片分别与缩放管管束配合,均具有优良的复合强化传热性能。尤其是270-20.3旋流片与缩放管管束配合,当Reynolds数为2000～20000时,其强化传热综合评价因子比空心环与缩放管管束配合时平均高出18%。

内插旋流片的管内流动与换热的数值模拟

通过数值模拟,详细考察了光管内间隔插有旋转角为270°、旋流角为38.1°旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同,并对4种旋流片的场协同数进行了比较。结果表明,在同样Reynolds数下,根据场协同数的大小来排列的旋流片类型依次为270-38.1、180-38.1、270-20.3、180-20.3,且与传热性能高低排列是一致的。通过改善速度场与温度梯度场的协同程度是提高换热性能的一个有效手段,且内插旋流片能有效地改善速度场与温度梯度场的协同程度从而提高换热性能。

旋流片支撑缩放管管束传热与流动的数值模拟

通过数值模拟,以水为工质,研究了湍流时旋流片支撑缩放管管束管间的传热综合性能,并与无支撑光滑管管束、无支撑缩放管管束及旋流片支撑光滑管管束的传热性能进行了对比,分析了不同结构参数对其传热综合性能的影响;揭示了旋流片支撑缩放管管间流体速度场与温度场之间的协同性。结果表明:旋流片支撑急扩慢缩型缩放管管束相对急缩慢扩型具有更好的传热综合性能,且都比旋流片支撑光滑管管束的传热综合性能好,但二者都没有对应的无支撑缩放管管束综合性能好;具有小角度跟大扭率结构的旋流片更有利于旋流片支撑管束传热综合性能的提高;相对旋流片支撑光滑管管束与无支撑缩放管管束,旋流片支撑缩放管管束强化传热的原因在于传热场协同的增强作用更为明显。考虑管间支撑物支撑管束与抗振的必要性,旋流片支撑缩放管管束是一种高效的壳程强化传热措施,文中条件下通过优化,最大传热综合性能能达到1.057。

缩放平行板间插入旋流片的复合强化传热

为了研究新型换热器——矩形管束换热器的传热性能,通过在缩放平行板间插入一组旋流片来研究旋流片下游的传热与流阻,并与光滑平行板、无旋流片缩放平行板的传热效果进行比较.实验结果表明:在实验范围内(19000<Re<44000),缩放平行板间插入旋流片时,随着旋流片下游距离的增大,其局部努赛尔数和阻力系数减小,而强化传热综合因子先增大后减小;当Re为19071、旋流片下游距离为140mm时,强化传热综合因子达到最大值,比光滑平行板和无旋流片缩放平行板的传热性能分别提高15%和9%左右,说明缩放平行板复合旋流片有较好的强化传热效果。

缩放管内插旋流片的自然对流换热实验与数值模拟

以水为介质,对垂直放置的急扩加速流缩放管(CD)等间距内插旋流片的自然对流换热进行了实验研究和数值模拟,通过实验研究得到不同内插旋流片个数时自然对流换热系数的变化,并将实验值与光滑管的作比较,同时运用Fluent模拟得到了管内的速度分布、温度分布、传热系数和热通量沿轴向的变化.结果表明,随着旋流片个数的增加,传热系数明显增大,但旋流片个数达到7后传热系数不再明显增大,且两种类型的旋流片均有同样效果.数值模拟还表明,插入的旋流片个数越多阻力越大,其中等间距内插7个旋流片的效果最优.文中还对缩放管与旋流片对自然对流的两区协同强化传热机理进行了初步分析,通过模拟得到强化传热的原因在于壁面切向速度的提高,同时还给出了截面平均切向速度沿轴向的变化规律.

管内间隔插入旋流片的流阻性能研究

为了研究管内间隔插入旋流片的流动机理,建立了流阻数学模型,通过数值模拟分析了旋流片的旋转角α和旋流角β对j(形体阻力与摩擦阻力的比值)的影响。结果表明,当α相同时,β=38.1°旋流片的j值比β=20.3°的大2倍。与α相比,β对形体阻力的影响更显著。给出了4种不同结构旋流片的j方程与总阻力系数方程。以上结果可为旋流强化传热的阻力控制方面的进一步研究提供参考。

含旋流片缩放管内流动与传热数值模拟

在缩放管内间隔插入多个旋流片的通道中,流体流动呈现周期性自旋流。用数值模拟方法对含旋流片缩放管内旋流片间距对空气湍流流动和传热的影响进行了分析,得到了管内流场和温度场以及传热膜系数、单位长度压降与雷诺数的关系,以获得较佳的复合传热性能。

矩形缩放管间插入旋流片的传热实验研究

为了研究新型换热器——矩形管束换热器的传热性能,采用矩形缩放管间插入一组旋流片来研究旋流片下游的传热与流阻性能,并与光滑矩形管的传热和流阻进行比较。实验结果表明:在实验范围内(19 000<Re<44 000),随着下游距离的增大,旋流片产生的自旋流逐渐衰减,局部Nu数和阻力系数减小,并且局部Nu数的下降速度要慢于阻力系数的;当下游距离在0—200 mm时,阻力系数下降的程度较大;旋流片下游在得到强化传热的同时,阻力增加也很大。

管壳式换热器中旋流片强化管外传热的数值模拟(英文)

提出并分析了一种新型的传热强化元件——旋流片作为管壳式换热器管隙间支撑物的传热强化机理.在实验基础上,采用周期性单元流道模型数值模拟了旋流片产生的衰减性自旋流的流动和传热特性,并采用分段综合因子分析了传热强化的机理.结果显示,旋流片能起到扰流作用,并使流体强烈地冲刷传热管壁面强化传热.有旋流片段的综合因子最小,尾流段的综合因子接近于1,在自旋流段的综合因子最佳,应当充分利用自旋流段低阻高效的特点对换热器进行优化.

旋流片内插缩放板的强化传热数值模拟(英文)

对旋流片插入平行缩放板的传热与流阻性能进行了数值模拟研究.结束表明:旋流片产生的螺旋流能够减薄边界层,增加流体的湍流度,从而进行强化传热.在19000<Re<36000时,局部努赛尔数和阻力系数都沿着流体流动方向减小,而局部综合传热因子的变化趋势是先增大而后降低.数值模拟结果还表明,与空的平板相比,在缩放板内插旋流片流道中速度与温度梯度夹角的余弦值变大,速度场和温度场的协同程度有所增大.

自然对流垂直管内插旋流片的强化传热研究

以水为工质,采用Fluent软件,对垂直放置的缩放管内插旋流片的自然对流换热进行了数值模拟分析,对光滑管、光滑管内插旋流片、缩放管和缩放管内插旋流片4种管道的传热情况进行对比,并将模拟值与实验值进行比较,两者的结果基本吻合。模拟结果表明,4种换热管中,缩放管内插旋流片水的传热系数最大,传热强化综合因子达到4以上;缩放管配合旋流片能加强壁面附近流体的扰动,又能使管内中心流体形成较强的漩涡流,加强壁面与管内中心流体的热量交换;减小速度场与温度场之间的夹角是增强传热性能的一个重要因素,缩放管内插旋流片的场协同角的体积平均值最小,因此缩放管内插旋流片的速度场和温度场协同程度更高,更有利于传热。

管内插入旋流片的流动和传热的数值模拟

为了获得较好的传热性能,提出一种在缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热方法。采用水为流动介质,在湍流状态下,通过数值模拟,详细研究了缩放管内插入旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同。对缩放管插入不同结构旋流片的热阻性能与缩放管和光滑管进行了比较,模拟结果表明,在相同条件下,传热系数和阻力系数最大分别提高25%,120%,120%,370%。缩放管与旋流片的复合使用能有效地改善速度场和温度场的协同程度,是提高换热性能的一个有效手段。

一种新型旋流片支撑平板集热器系统

平板集热器由于其隔热效果不佳、热量损失严重,在空气温度较低的环境里散热速度比较快,另外存在板间流体传热系数低,水温进一步上升空间小等特点,因此其应用具有一定的局限性,导致了我国北方的寒冷地区较少采用此产品.为克服上面所述缺点,本研究拟开发一种新型的采用旋流片支撑的平板式太阳能集热器,以旋流片装置提高板间流体的传热系数,以此来降低集热器的热量耗散损失速率、提高了集热器效率.

管内周期性自旋流强化传热的结构优化

在圆管内间隔插入多个旋流片的流道中,流体流动呈现周期性自旋流.用数值模拟方法对空气湍流情况的传热和流阻性能受相邻旋流片间距Lp、旋流角β和旋转角α3个因素的影响进行了分析,并得出旋流片的优化结构,而且实验验证了数值模拟预测的正确性.结果表明:α越大,传热性能越好,阻力越大;Lp越小,传热性能越好,阻力越大;β越大,传热性能越好,而阻力损失因受到摩擦阻力和形体阻力的综合影响而呈现非单调变化.旋流片的最佳结构参数为:旋流角β为20·3°,旋转角α为180°,相邻旋流片间距Lp为33d.与α相比,β对传热和流阻性能的影响更显著.

缩放管内带衰减性自旋流的复合强化传热研究

以水、质量分数50%和85%的甘油为工质,对缩放管内分别插入的10种不同结构形式旋流片的传热性能进行实验研究。结果表明:相同实验流量范围内,以传热强化综合因子η为目标,在水为介质下,η均小于1,不适用。在质量分数50%甘油为工质下,旋流片的扭率为2.52,旋转角为180°,间距为383 mm时,η最大,在1.08—1.12;在质量分数85%甘油为工质下,旋流片的扭率为2.02,间距为288 mm,旋转角为180°时,η最大,在1.17—1.22。

缩放管内带衰减性自旋流的局部性能

The distributions of thermal resistance in viscous sublayer,buffer region and turbulent core region,local flow resistance and local heat transfer characteristics at different locations downstream of the twisted-tape element were numerically studied in a converging-diverging tube inserted with spaced twisted-tape element by analyzing the attenuation of self-sustaining swirl flow.The results showed that the local performance was poor as thermal resistance was too concentrated in its distribution for a particular region.The more uniform the distribution of thermal resistance,the better the local performance.The local performance reached its best when the fluid just left the spaced twisted-tape,in which the flow resistance dropped substantially but the enhancement of heat transfer was still significant.The self-sustaining flow was maintained at a long distance.The best performance was at the length of 36.85 times the diameter,increasing by 6.8% compared with a converging-diverging tube.