立式換熱管內(nèi)置螺旋形扭帶工作特性實(shí)驗(yàn)研究及其數(shù)值模擬分析.pdf

1、強(qiáng)化傳熱技術(shù)方法中,無(wú)源強(qiáng)化技術(shù)是無(wú)需外部功耗的,因此它在工業(yè)上受到了極大推廣與運(yùn)用。換熱管內(nèi)置扭帶強(qiáng)化傳熱又是無(wú)源強(qiáng)化技術(shù)中極為有效的方法之一,其除了能有效強(qiáng)化傳熱外,還由于扭帶的轉(zhuǎn)動(dòng)能起到較好的在線(xiàn)防垢、除垢作用。換熱管內(nèi)置螺旋形扭帶,該扭帶是一種同時(shí)具備扭帶自旋以及螺旋線(xiàn)兩種形狀特征的復(fù)合結(jié)構(gòu)扭帶,前人已經(jīng)研究了扭帶的自旋或螺旋線(xiàn)結(jié)構(gòu)都能使內(nèi)置扭帶換熱管強(qiáng)化傳熱效果得到提高。在此基礎(chǔ)上,本文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算的兩種方法,以水為

2、流動(dòng)介質(zhì),主要對(duì)內(nèi)置螺旋形扭帶換熱管流體流動(dòng)、傳熱情況進(jìn)行了分析。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,插入螺旋形扭帶后換熱管內(nèi)流動(dòng)阻力、轉(zhuǎn)動(dòng)性能以及傳熱系數(shù)都有明顯提高。實(shí)驗(yàn)條件下,與空管數(shù)據(jù)相比較,換熱管內(nèi)置螺旋形扭帶后摩擦阻力系數(shù)λ提高20.07％~265.74%,努賽爾準(zhǔn)數(shù) Nu提高14.49%~33.04%;螺旋形扭帶的轉(zhuǎn)動(dòng)性能明顯高于光滑扭帶,其轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速較光滑扭帶提高了1.08～11.64倍;并且分析了其帶寬、扭率和螺距比等參數(shù)對(duì)壓降、

3、轉(zhuǎn)速、傳熱系數(shù)以及努塞爾數(shù)的影響;還通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的多元線(xiàn)性回歸分析,建立了相應(yīng)的關(guān)聯(lián)式。最后,由強(qiáng)化傳熱綜合性能評(píng)價(jià)分析,得出在實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)范圍內(nèi)強(qiáng)化傳熱綜合性能評(píng)價(jià)因子φ=1.063～1.587,證明了實(shí)驗(yàn)研究的螺旋形扭帶具有強(qiáng)化傳熱的應(yīng)用價(jià)值。
　　數(shù)值模擬計(jì)算是主要針對(duì)內(nèi)置螺旋形扭帶換熱管內(nèi)流場(chǎng)、傳熱的模擬展開(kāi)的,分析了管內(nèi)流體的壓力降、速度、傳熱系數(shù)以及溫度的分布情況。模擬結(jié)果分析表明,內(nèi)置螺旋形扭帶管內(nèi)流線(xiàn)同時(shí)部分具備內(nèi)

4、置光滑扭帶、螺旋葉片扭帶管內(nèi)流線(xiàn)的特征,管內(nèi)流體呈現(xiàn)的螺旋狀旋轉(zhuǎn)流動(dòng)加強(qiáng)了流體的徑向混合以及邊界層的擾動(dòng),流體的三維螺旋形狀流動(dòng),增長(zhǎng)了流體在管內(nèi)流動(dòng)的時(shí)間;換熱管內(nèi)置螺旋形扭帶,更明顯地增加了近管壁區(qū)域內(nèi)流速,同時(shí)模擬在管區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了速度渦旋二次流;模擬計(jì)算傳熱系數(shù)值的大小表明,內(nèi)置螺旋形扭帶傳熱系數(shù)>內(nèi)置光滑扭帶傳熱系數(shù)>空管傳熱系數(shù),內(nèi)置螺旋形扭帶管內(nèi)傳熱系數(shù)較內(nèi)置相同扭率光滑扭帶的管內(nèi)傳熱系數(shù)提高2.80%~19.65%,較空管