螺旋內(nèi)肋扭曲管換熱器性能分析及多目標優(yōu)化研究.pdf

1、在管內(nèi)插入物技術(shù)和異型強化換熱管技術(shù)這兩種強化換熱技術(shù)研究的基礎上，提出螺旋內(nèi)肋扭曲管這種新型強化換熱管。管束內(nèi)部獨特的螺旋內(nèi)肋結(jié)構(gòu)能夠?qū)诿鎱^(qū)域的流體產(chǎn)生擾動，管束外部的螺旋扭曲形狀能夠使管外流體產(chǎn)生螺旋流動，兩者均能增強流體間的混合程度，增強換熱效果。采用數(shù)值模擬的方法，對螺旋內(nèi)肋扭曲管換熱器的管程和殼程進行傳熱和流阻性能的分析及多目標優(yōu)化研究。主要的工作內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）對螺旋內(nèi)肋扭曲管、螺旋扭曲管和圓管的傳熱流

2、阻性能進行對比分析，得出螺旋內(nèi)肋扭曲管具有優(yōu)于螺旋扭曲管和圓管的綜合換熱性能。在雷諾數(shù) Re為2300~50000范圍內(nèi)，其努賽爾數(shù)Nu隨雷諾數(shù)Re的增大而增大，最小為50.87，最大為481.33，相同雷諾數(shù)Re下始終高于螺旋扭曲管和圓管；其阻力系數(shù)f隨雷諾數(shù)Re的增大而減小，最小為0.043，最大為0.114，但在相同雷諾數(shù)Re下高于螺旋扭曲管和圓管；其等泵功準則下的綜合評價指標PEC隨雷諾數(shù)Re的增大而減小，最小為1.15，最大為

3、1.62，相同雷諾數(shù)Re下始終高于螺旋扭曲管；其熱勢容差-火積變化量ΔE隨雷諾數(shù)Re的增大而減小，相同雷諾數(shù)Re下始終高于螺旋扭曲管和圓管。
　?。?）對螺旋內(nèi)肋扭曲管進行單因素變量分析，得出螺旋內(nèi)肋扭曲管在長半軸a為11~14mm、導程s為100~250mm、肋高h為0.6~1.2mm、肋角c為60°~150°、肋數(shù)n為4~16范圍內(nèi)，其換熱管內(nèi)綜合換熱性能隨長半軸a的增大而增大，隨導程s的增大而減小，隨肋高的增大而增大，隨肋角

4、的增大而減小，隨肋數(shù)的增大而增大。
　　（3）對螺旋內(nèi)肋扭曲管進行基于遺傳算法的多目標優(yōu)化研究，綜合考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)長半軸a、導程s、肋角c和流動參數(shù)v對其傳熱流阻性能的影響，得到其最優(yōu)參數(shù)組合為長半軸a為12.28mm、導程s為140.17mm、肋角c為103.15°、進口速度v為2.77m/s，其努賽爾數(shù)Nu為661.69、阻力系數(shù)f為0.045、綜合評價指標PEC為1.70。
　?。?）對由7根螺旋內(nèi)肋扭曲管組成的螺旋內(nèi)肋

5、扭曲管換熱器殼程進行單因素變量分析，得出在長軸A為27~33mm、導程S為100~250mm范圍內(nèi)，其殼程綜合換熱性能隨長軸A的增大而增大，隨導程S的增大而減小。
　?。?）對螺旋內(nèi)肋扭曲管換熱器殼程進行基于遺傳算法的多目標優(yōu)化，綜合考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)長半軸a、導程s和流動參數(shù)v對其傳熱流阻性能的影響，得到其最優(yōu)的參數(shù)組合為長半軸a為15.86mm、導程s為139.98mm、殼程進口速度v為1.17m/s，其殼程努賽爾數(shù)Nu為128.0