螺旋扭帶在湍流工況的單相對(duì)流強(qiáng)化換熱.pdf

1、本文主要通過(guò)數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)的方法探究了在湍流工況（雷諾數(shù)范圍為3000-10000）下?lián)Q熱器管內(nèi)插入螺旋扭帶后的傳熱特性、摩擦特性以及綜合換熱性能。為了增強(qiáng)扭帶的換熱效果，在傳統(tǒng)扭帶的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上作出一定改造，從而提出了一種新型的帶缺口的正反扭轉(zhuǎn)扭帶。這種新型扭帶以180°為周期以順時(shí)針與逆時(shí)針交替扭轉(zhuǎn)，并在扭帶兩側(cè)邊緣處均勻布置半圓形缺口。
　　本文主要研究了不同扭率、不同幾何結(jié)構(gòu)的扭帶的強(qiáng)化換熱效果。結(jié)果顯示，在數(shù)值模擬研究的

2、三種扭率（研究的扭率分別為3，4，5）的傳統(tǒng)扭帶中，扭率為3的扭帶表現(xiàn)出了最佳的換熱效果，其努賽爾數(shù)的增加量為光管的1.39-1.83倍，而其他兩種扭率的努賽爾數(shù)增加量分別為光管的1.16-1.40，1.09-1.34倍。扭率越小的扭帶引起的摩擦阻力也越大，然而扭率為3的扭帶依然擁有最高的綜合性能指數(shù)，因而該扭率被應(yīng)用在扭帶幾何結(jié)構(gòu)的改造中。數(shù)值模擬研究的三種不同幾何結(jié)構(gòu)的扭帶（傳統(tǒng)扭帶、正反扭帶、帶缺口正反扭帶）中，正反扭帶的強(qiáng)化換熱

3、效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)扭帶，帶缺口的正反扭帶則是在犧牲少許換熱效果的基礎(chǔ)上對(duì)正反扭帶引起的流動(dòng)阻力的增加有較為明顯的改善。數(shù)值模擬的結(jié)果表明帶缺口的正反扭帶的綜合強(qiáng)化換熱性能最佳。研究了套管式換熱器內(nèi)管中插入不同長(zhǎng)度（2400mm，1800mm，1200mm，600mm）的帶缺口正反扭帶與傳統(tǒng)扭帶的強(qiáng)化換熱效果。首先通過(guò)將光管工況下根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的流體的努賽爾數(shù)以及摩擦系數(shù)與相同工況下數(shù)值模擬以及經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算值進(jìn)行比較從而驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4、的可靠性。實(shí)驗(yàn)計(jì)算的結(jié)果表明，管內(nèi)插入全長(zhǎng)扭帶時(shí)具有最佳的換熱效果，同時(shí)也有最大的流動(dòng)摩擦阻力。而與全長(zhǎng)的傳統(tǒng)扭帶相比，管內(nèi)插入全長(zhǎng)帶缺口正反扭帶在強(qiáng)化換熱方面具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。在管內(nèi)插入全長(zhǎng)帶缺口正反扭帶引起的努賽爾數(shù)的增長(zhǎng)量是光管的1.66-2.42倍，而全長(zhǎng)傳統(tǒng)扭帶的努賽爾數(shù)的增長(zhǎng)量為光管的1.35-2.11倍。全長(zhǎng)帶缺口正反扭帶所引起的流動(dòng)摩擦阻力也明顯大于全長(zhǎng)的傳統(tǒng)扭帶。綜上所述，全長(zhǎng)帶缺口正反扭帶具有最佳的強(qiáng)化換熱效果，其