螺旋槽管傳熱與流阻性能及污垢性能的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著化工、石油、輕工等過程工業(yè)的迅猛發(fā)展,以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)和社會問題日益加劇,能源緊張的狀況越來越烈,為緩和能源緊張狀況,世界各國都在尋找新能源和節(jié)能新途徑。換熱器作為換熱的重要設備,廣泛應用于冶金、動力、核能、制冷、石油化工、航空航天等各個工業(yè)領域中。隨著強化傳熱技術的發(fā)展,各種強化傳熱技術被廣泛應用于換熱設備中,尤其是各種強化管的廣泛應用。螺旋槽管是高效強化管之一,以其優(yōu)良的雙面強化傳熱和良好的機械加工性能而優(yōu)越于眾多傳熱元

2、件,引起了世界各國的高度重視和廣泛研究。盡管很多學者對螺旋槽管進行了大量的研究,然而螺旋槽管的強化傳熱機理和抗結垢能力至今不明朗。
　　 鑒于此,本文運用基于有限體積法的FLUENT軟件,對光管和螺旋槽管進行單管管內單相流傳熱與流動過程的三維數(shù)值模擬研究,準確的描述了螺旋槽管的管內流動情況和換熱情況,從微觀的角度揭示了螺旋槽管的強化傳熱機理,分析了螺旋槽管的結構參數(shù)(槽深e、槽距p、槽寬6、頭數(shù)n)、雷諾數(shù)Re、流體的物性等主要

3、影響因素對螺旋槽管傳熱性能及流阻性能的影響規(guī)律,并根據(jù)模擬結果回歸出管內對流傳熱及流阻準則關聯(lián)式。同時,還對光管和螺旋槽管的抗結垢性能進行了數(shù)值模擬研究,分析了螺旋槽管的結構參數(shù)(槽深e、槽距p、槽寬6)、雷諾數(shù)Re、顆粒直徑等主要影響因素對螺旋槽管污垢性能的影響規(guī)律。論文得出的主要結論如下:
　　 1、傳熱性能及流阻性能
　　 (1)換熱管的Nu、f模擬結果與經(jīng)驗公式計算結果非常吻合,運用Fluent軟件對換熱管進行換

4、熱及流阻性能的數(shù)值模擬研究是可行的,可滿足工程要求。
　　 (2)采用Fluent軟件很好的模擬了螺旋槽管的管內流動特征與傳熱特性,從微觀的角度上揭示了其強化傳熱機理。由數(shù)值模擬所得到的結論與學者們的實驗研究所得到的結論相一致,這為螺旋槽管換熱器的數(shù)值模擬研究奠定基礎。
　　 (3)同等條件下,螺旋槽管的K、Nu、ΔP、f都隨著槽深e的增大而增大、槽距p的增大而減小、槽寬b的增大而減小、頭數(shù)n的增大而減小。Nu隨著Re的

5、增大而增大,f隨著Re的增大而減小。
　　 (4)相同條件下,Nu與工作介質的物性參數(shù)有關,工作介質的粘度小時螺旋槽管的強化傳熱效率更高,阻力系數(shù).廠與工作介質的物性參數(shù)無關。
　　 (5)所有螺旋槽管的努賽爾數(shù)Nu都大于光管,其強化傳熱效果隨著螺旋槽管結構參數(shù)的不同而有所不同,所有螺旋槽管的阻力系數(shù)f都大于光管。對于槽深較深、槽距和槽寬較小的螺旋槽管,其Nu可達光管的2倍,同時阻力系數(shù)f可達光管的10倍,管內的強化傳熱

6、是以阻力為代價的。
　　 (6)根據(jù)模擬結果回歸出螺旋槽管無相變時管內冷卻對流傳熱努塞爾數(shù)Nu、阻力系數(shù)f的準則關聯(lián)式。
　　 2、污垢性能
　　 (1)光管管內局部結垢比較嚴重,而螺旋槽管相對較優(yōu)。
　　 (2)在主流區(qū),光管與螺旋槽管結垢情況相差不大；但在近壁區(qū),光管的結垢情況明顯比螺旋槽管嚴重,且在螺旋槽的背流區(qū)比來流區(qū)更容易結垢。
　　 (3)光管的結垢情況受重力影響較大,光管的底部最容易