内置转子太阳能集热管流动与传热特性的数值模拟研究

通过数值模拟方法模拟了非均匀加热工况下内置两叶片转子和低流阻转子的太阳能集热管的流动与强化传热特性,得到了集热管内的温度分布、湍动能分布、努塞尔数以及阻力系数等参数,并通过综合性能评价因子(PEC)对内置转子集热管的综合强化传热性能进行了衡量。结果表明：内置转子后,管内流体的温度分布更加均匀,并且升温速率明显提升,若控制出口温度一致,则内置两叶片转子集热管的长度相较于光管可减少46.15%;内置两叶片转子和低流阻转子集热管内的努赛尔数和阻力系数相较于光管均有明显提升,其中内置两叶片转子集热管提升幅度较大,努赛尔数和阻力系数相较于光管分别提升94%～190%和308%～449%;通过PEC对两种集热管的综合强化传热性能进行衡量,两种集热管的PEC值均大于1,内置两叶片转子集热管具有最大值1.82。     

内置转子换热管强化传热性能研究

概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理，实验研究了阶梯对螺旋叶片转子强化传热性能的影响。实验结果表明，在相同的雷诺数条件下，内置阶梯型螺旋叶片转子换热管的努塞尔数及阻力系数较无阶梯的螺旋叶片转子分别高出了7.8%~13.1%和24.1%~33.8%，同时性能评价因子（PEC）明显高于无阶梯的螺旋叶片转子，从而验证了阶梯可明显提高螺旋叶片转子强化传热的综合性能。     

内插矩形翼纵向涡发生器的强化传热圆管性能分析

通过三维数值模拟,对不同倾角α下的内插矩形翼纵向涡发生器的强化传热圆管的传热、阻力及综合换热性能(PEC)进行研究,并对其流动及传热机理进行分析。结果表明:在所研究范围内,强化传热圆管的努塞尔数Nu和阻力系数f均高于光管,其努塞尔数比光管提高了68%~147.8%,阻力系数比光管提高了159.7%~1 437.9%;随倾角的增大,强化传热圆管的Nu及f持续增大,PEC值持续降低。     

随动式动态混合器固液混合的实验研究

为了更精确地描述固体颗粒在随动式动态混合器中的分布,在研究管内颗粒分布情况时引入电荷耦合元件（CCD）图像测量系统。采用内置低流阻螺旋转子探讨有无内置低流阻螺旋转子、不同固体颗粒密度、不同连续相流体流速对管路固液混合效果的影响。结果表明：管内加入低流阻螺旋转子后,密度与水接近的固态颗粒的混合效果较光管得到了明显的改善;连续相流体速度为1 m/s时,管内加入低流阻螺旋转子后,密度与水接近的固态颗粒混合效果最好。     

组合转子阻垢特性的实验研究

针对在换热器运行中起强化传热与自清洁作用的内插件组合转子进行了实验研究。实验测得光管、内置螺旋两叶片开槽转子和螺旋纽带的换热管内单位面积污垢沉积量随时间的变化趋势,并得出内置组合转子换热管在不同流速和不同水浴温度下的阻垢特性。实验结果表明：相较于光管,螺旋两叶片开槽转子与螺旋纽带都具有较好的阻垢特性,而螺旋两叶片开槽转子阻垢性能更优,污垢渐近值为螺旋纽带的72%;随着流速的增加,内置组合转子换热管内污垢渐近值减小,且达到渐近值所需时间延长,阻垢性能增强;水浴温度的提高使污垢渐近值增大,达到渐近值所需时间缩短,阻垢性能减弱。     

螺旋槽管强化传热机理及性能的数值研究

基于Fluent对9根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究,得到了螺旋槽管内流体速度和温度分布,从微观上说明了螺旋槽管强化传热的机理。数值计算结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10 000~45 000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍;Nu和f随槽深e的增加而增加,随节距p的增大而减小。螺旋槽管传热的综合性能明显优于光管,在换热面积和泵功率消耗相同的情况下,综合性能最好的2#管可使换热量提高14%~19%。     

内置间隔排布转子串换热管的传热和阻力特性实验研究

以开槽螺旋叶片转子为研究对象,对装有空隙比S=0.0、3.0、6.0和10.0间隔排布转子串换热管的传热和阻力特性进行了实验研究。结果表明,装有空隙比S=0.0的整串转子串换热管的努塞尔数比同雷诺数下光管经验公式值提高了0.8~1.2倍,但阻力系数也提高了55%左右;转子串间留出一定间隙,虽会减弱管内流体扰动使换热管传热性能有所降低,但也显著降低了管内压降。采用综合评价指标（PEC）对4种空隙比转子串的传热和阻力特性进行综合比较,在实验雷诺数范围内,当雷诺数较低时,适当增加转子串的空隙比能够提高其综合传热性能;当雷诺数较高时,在转子串间留出间隙会使其综合传热性能低于整串转子。     

基于Webb指标的管内强化对流换热热力性能的计算及应用

依据Ｗｅｂｂ指标,对管内强化对流换热方式下传热和流阻的综合热力性能进行了推导,得到了相同泵功和换热面积条件下,强化方式换热量与光管换热量之比与管内对流换热努塞尔数Ｎｕ和管内阻力系数λ之间的函数关系式．同理得到了相同泵功和换热量条件下换热面积之比以及相同换热量和换热面积条件下泵功之比的计算式．在此基础上,对进口轴向叶片旋流器强化管内换热的热力性能进行了评价和分析     

高扭曲比螺旋扁管的管内传热及流阻性能

以水为介质，研究了不同截面短长轴比（B／A=0．27～0．47）和扭曲比（即导程与直径比，S／de=17．19—50．62）的高扭曲比螺旋扁管的管内传热和流阻性能．实验结果表明：高扭曲比螺旋扁管的管内努塞尔数和阻力系数均随B／A值和S／de值的增大而减小，但随B／A值的增加而减小得更快，B／A值对高扭曲比螺旋扁管的管内传热与流阻性能影响更大；在相同雷诺数和普朗特数下，高扭曲比螺旋扁管管内的努塞尔数为光滑管的1．3～2．5倍；阻力系数为光滑管的1．2～1．5倍．文中还通过多元线性回归法对实验数据进行了分析，提出了高扭曲比螺旋扁管管内努塞尔数和阻力系数的准数方程式，其最大误差分别是12％和6％，从而为该类型螺旋扁管换热器的工程设计提供了依据．     

F12在螺旋线圈管内的流动沸腾特性

本文报道了Ｆ１２在插入两种不同丝径的小间距螺旋线圈时管内的流动沸腾传热及流阻特性，选取适当的螺旋丝径与较小的间距，内插线圈管的流动沸腾换热系数可达光管的２．１倍，而其流阻增大不到２．５倍，相应的热力性能系数最大可达８．１４。该法可用以强化制冷蒸发器及ＯＡＫ系列套片管式蒸发器的传热。     

Significant heat transfer enhancement for R123 condensation by micromembrane cylinder

Renewable energy or low grade energy utilizations need high performance of phase change heat exchangers. Suspending micromembrane cylinder in tube(called modulated heat transfer tube) increases the void fractions or vapor qualities near the tube wall to significantly enhance heat transfer. The R123 condensation heat transfer with horizontal position was investigated. The results for the bare tube and modulated heat transfer tube were tested case by case. It is found that the modulated heat transfer tube significantly enhance the condensation heat transfer, with the heat transfer enhancement factors(EF)covering the range of 1.118–2.124. The comprehensive performance evaluation criteria(PEC) had the range of0.71–1.66, with most of runs behaving PEC larger than 1.0.For the two-phase outlet conditions, the EF values are increased with increases in the vapor mass fluxes, Gxin,where G is the mass flux and xinis the inlet vapor mass quality. The EF values are inversely related to Gxinfor the subcooled liquid outlet cases. The enhanced heat transfer mechanisms are analyzed with the observed images together with the discussion of pressure and velocity distributions.     

同心双扭旋元件内外叶片数量对管内传热性能的影响

为探究同心双扭旋元件组合方式变化对换热管传热特性的影响规律，采用数值模拟方法对雷诺数Re=200~1 800范围内恒壁温条件下的管内传热进行了分析，并进行了实验验证。研究结果表明：在Re=200~1 800的范围内，含有4-4同心双扭旋元件换热管的努赛尔数Nu值最大，其次为3-3同心双扭旋元件，2-4与2-2同心双扭旋元件的Nu相差不大，最大仅相差5%；4-4同心双扭旋元件换热管的阻力系数f最大，其次为3-3同心双扭旋元件，2-4同心双扭旋元件的阻力系数略高于2-2同心双扭旋元件；2-2同心双扭旋元件换热管的综合传热性能评价因子（PEC）值最大，为1.50，且明显高于其他3种换热管，其余3种换热管的PEC值相差不大；4-4同心双扭旋元件换热管的场协同数F_c值最大，其余3种换热管的F_c值相差不大。     

宽度交替变化扭旋元件对管内传热特性的影响

在雷诺数Re=200~1 800范围内,利用数值模拟方法对内置宽度交替变化扭旋元件的管内传热性能进行研究,研究结果表明：宽度交替变化扭旋元件能够显著提升努赛尔数Nu和传热性能评价因子η,与光管相比分别提高2.2~5.2倍和1.4~2.2倍;换热管局部努赛尔数沿流向呈速降—缓降—速升—缓降—恒定的变化规律,上升速率随扭旋元件径比的增大而提高,而降低速率与径比关系较小;局部努赛尔数在扭旋元件后方半个元件长度处达到最大值,该长度可作为间隔扭旋元件优选间距;流体在窄扭旋元件以及前后反向扭旋元件作用下,形成主、次螺旋流共存流动,局部流线向中心倾斜,径向流动加强,传热得到强化。     

内置转子圆管内CaCO3污垢形成过程的数值模拟

从传热传质的角度建立了内置转子圆管内CaCO3污垢形成过程的数学模型,并进行了相应的数值模拟。计算结果表明,内置转子圆管内的温度场及浓度场都比光管均匀;同一截面处,内置转子后圆管的污垢沉积率和剥蚀率有所降低,光管热阻为内置转子圆管热阻的3～4倍;圆管的污垢沉积率、剥蚀率及热阻随入口浓度的增加而变大。     

涡节型、酒窝型强化管管内沸腾传热特性实验

以微型Capstone C30燃气轮机排放的烟气余热为热源,研究涡节结构强化管、酒窝结构强化管和光管管内沸腾换热特性。实验结果表明：涡节型结构强化传热管管内沸腾换热系数约为光管的1.6~2.1倍,管外对流传热系数约为光管的1.3~1.5倍,总传热系数约为光管的1.4~1.5倍;酒窝型强化传热管管内沸腾换热系数约为光管的2.1~2.5倍,管外对流传热系数约为光管的1.8~2.0倍,总传热系数约为光管的1.9~2.1倍。分析了涡节型强化传热管和酒窝型强化传热管较光管传热性能好的原因。     

缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热

提出一种复合强化传热方法,对四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条件进行比较.通过综合评价,在实验范围内(3400相似文献   

管内插入双螺旋丝强化冷凝换热的实验研究

提出了一种竖直管内加装新型双螺旋丝插入物的方法用以强化水蒸气的凝结换热，并在管内入口蒸汽压力为0．143MPa的工况下，对这种双螺旋丝插入物进行了实验研究．实验结果表明，该插入物对于竖直管内冷凝有明显的强化换热作用．最后对双螺旋丝插入物强化竖直管内凝结换热的机理作了探讨．     

金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002 m2·K/W减小到0.0005m2 ·K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5％;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.     

内置螺旋叶片转子换热管内二维稳定流动分析

讨论了内置螺旋叶片转子换热管内不可压缩黏性流体的流动及传热问题,建立了描述其流动的数学模型,给出了换热管横截面上定常流动的解的存在唯一性。