螺旋槽纹管管内紊流流动与换热数值研究

系统地研究管内径Di,节距P,槽深e,槽宽B,螺旋角β和头数N等各因素对管内流动和换热的影响及管内各种不同工质的换热和流动情况,以优化螺旋槽纹管的管型结构参数,完全依靠实验很难达到此目的,因此有必要用数值模拟的方法来研究。本文对前人在单头和多头螺旋槽纹管管内紊流流动与换热的数值研究中,所采用的方法、模型、网格的划分以及计算结果做了简要的介绍,并认为采用周期性充分发展换热的概念,螺旋坐标变换的方法,修正的K-ε模型与应用其他计算方法是解决该问题的关键。     

单头“W”形螺旋槽管强化传热机理研究

单头“W”形螺旋槽管是在螺旋槽管的基础上开发出的一种新型强化管。本文研究了各种结构参数对流动和紊流换热特性的影响,从理论上探讨了其强化传热机理,并和实验结果进行了比较,结果表明此管的性能明显优于光滑管,在p/e=10～14范围内且具有小螺距和适当槽深的单头“W”形螺旋槽管的综合性能是最优的。     

螺旋槽管强化传热研究及其在锅炉中的应用

论述了螺旋槽管管内外单相流体传热研究的试验结果,并将试验数据按流动参数、物性参数和几何参数采用无量纲准则数进行整理.给出了在雷诺数Rei=104～105范围内管内无量纲换热系数Nui的关联式,和在Re.=3×103～6×104及Re.=3.3×103～105范围内气流横掠螺旋槽管错列和顺列管束的管外无量纲换热系数Nu.的关联式,该关联式可以作为螺旋槽管换热器的设计依据.介绍了螺旋槽管作为空气预热器在电站煤粉锅炉中的广泛应用,给出了几个应用螺旋槽管空气预热器解决锅炉具体问题的实例,表明了螺旋槽管空气预热器的显著优越性.     

螺旋复合型槽纹管换热器壳程热力性能分析

为研究1.0×10⁴≤Re≤3.5×10⁴范围内不同结构参数的螺旋复合型槽纹管的管外流动和换热情况,为结构优化设计提供参考,文中采用Realizable k-ε湍流模型模拟了恒壁温条件下壳程流体的对流换热过程,考察了结构参数（螺距和槽深）对流场、温度场和其他湍流特征的影响。结果表明：壳程的流动情况不如管程剧烈,但由于螺旋槽纹部分的长度选取得当,整个流域内都存在二次流,流体的换热能力得到了增强,同时也导致了压力损失的增加;当螺旋复合型槽纹管的螺距比为3.50时,综合换热能力评价指标最高;当槽深比为0.22时,换热能力提升得最多,但引起的压力损失也最大。     

内外螺旋三角翅片管管外冷凝传热建模与优化(Ⅱ)--数值分析与优化

为优化ＩＯＳＦ管的管外几何参数,根据所建数学物理模型,对不同换热工况和不同结构参数进行数值分析与模拟优化．研究结果表明：当管长Ｌ＝０．７ｍ、螺旋角β＝１８°、管外径Ｄｏ＝０．０１６ｍ,Ｈ＝０．００１ｍ时,φ＝７６°与Ｎ＝３２是最佳匹配参数,此时有最大平均冷凝换热系数;ＩＯＳＦ管管外螺旋角在β＜２７°的范围内,其管外传热特性与纵槽管基本相当;翅片夹角φ和螺旋槽头数Ｎ是对ＩＯＳＦ管管外冷凝换热产生主要影响的结构参数;局部冷凝换热系数沿管长跌落主要集中在开始的０．５ｍ内,因此排液盘的间距应不大于０．５ｍ,才能更有助于平均冷凝换热系数的提高     

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%。     

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。     

聚变包层的螺旋槽纹管强化换热分析

针对聚变堆包层第一壁圆角处温度过高的问题,对局部结构进行流动传热模拟分析,并采用螺旋槽纹管结构进行改进.分析了螺旋槽纹管的槽深、槽宽、节距以及近壁面处螺纹覆盖的角度范围对圆角处换热的影响;结合理论分析和数值模拟结果,对第一壁圆角处的结构提出优化方案.研究结果表明:螺旋槽纹管对第一壁强化换热有很强的辅助作用,从热经济性角度分析,0.7mm左右的槽深能够最有效地优化模型;对第一壁的设计采用短节距的螺旋管型经济性能并不高;流道面对等离子体一侧的螺旋槽纹包裹角度应设计在90°~100°的范围.     

水平螺旋管外V型槽强化冷凝传热的试验研究

用实验的方法研究了水平螺旋管管外有纵向Ｖ型槽时的凝结换热的强化问题．在相同的真空度下,测试了当Ｖ型槽的角度改变或槽的数目变化时管外凝结换热系数随冷却水流量变化的规律,并将Ｖ型槽水平螺旋管与矩形槽水平螺旋管及水平螺旋光管的传热效果作了比较．实验结果表明,Ｖ型槽槽深为１ｍｍ、槽数为２８、夹角为６０°时,强化效果最佳;其换热系数是矩形槽管的４～７倍,是光管的８倍     

电站立式给水加热器传热强化及无铜化运行研究

针对电站立式给水加热器的传热特性和强度要求,研制并加工出小螺旋角内外螺旋翅片管（IOSF管）来强化其传热特性,基础试验表明,IOSF管的总传热系数比光滑管提高63%-95%;工业试验表明,采用IOSF管的立式高压加热器总换热系数提高43%,对钢螺旋槽管替代铜光滑管进行了实验研究,结果表明,钢质螺旋槽管给水加热器不仅能保证原有热负荷,还能提高其换热强度,实现了锅炉给水无钢化运行的要求。     

“W”形螺旋槽管管壳式换热器强化传热研究

简要介绍了1种新型的强化传热管———"W"形螺旋槽管管壳式换热器的强化传热机理、特点、实验研究情况。通过实验研究,比较了"W"形螺旋槽管管壳式换热器和光滑管式换热器的传热和压降性能,实验结果表明,"W"形螺旋槽管管壳式换热器可比普通光滑管式换热器提高总传热系数17%,并得到了该"W"形螺旋槽管管壳式换热器传热与流阻的关联式。     

螺纹槽管传热和流体阻力的数值模拟

对螺纹槽管在恒壁温和雷诺数(Re)5000～35000范围内空气的换热性能和压降进行了数值研究.分别对25种不同几何参数的螺纹槽换热管换热性能和压降与同参数的光滑管进行了对比分析.结果表明,螺纹槽管的换热性能显著强于光滑管,同时压降也不同程度地高于光滑管;其中螺纹槽深度对换热性能和压降的影响大于螺纹槽间距,二者存在相互影响,呈现了最优区间原则.最大平均努赛尔数出现在Re=5000,几何参数螺纹深度/内径(dl/D)=0.25,螺纹间距/内径(pl/D)=0.5时,是光滑管的3.1倍.最大综合换热性能指标(performance evaluation criteria,PEC)为1.404,出现在Re=5000,几何参数dl/D=0.15,pl/D=1时,此时螺纹槽管的换热能力是普通光滑管的1.8倍,摩擦因子是普通光滑管的2.25倍.从整体雷诺数范围考虑,最佳几何参数为dl/D为0.14～0.18,pl/D为0.8～1.2.     

新颖波纹截面薄壁圆管的耐撞性

提出一种新颖的波纹薄壁圆形结构,采用数值对比分析方法,分析不同波纹截面形状对薄壁结构耐撞性的影响.结果表明:对于同一外截面形状的波纹,波纹内截面形状的变化使吸能相差10%;外截面是矩形的不同内截面波纹结构的吸能性要高于外截面是圆形的不同内截面波纹结构,其中,外截面为矩形,而内截面为圆形的波纹结构具有最优的吸能性,比外截面为圆形,内截面为矩形的波纹结构的吸能性提高34.5%;波长对薄壁结构的耐撞性也具有较大的影响,波长为7.8 mm的波纹管具有较好的耐撞性;与无波纹结构的圆管相比,外截面为矩形,内截面为圆形的波纹薄壁管在不影响吸能的情况下,可以使峰值力降低50.8%.     

波纹管对高黏度介质的强化传热研究

通过数值模拟和实验研究考察了一种黏度较高的油类介质在波纹管内的流动和传热特性。研究发现,在本文条件下,波纹管内流动从层流发展到湍流的临界雷诺数远小于传统光滑圆管内的临界雷诺数,约在800～1000左右;波纹管在低雷诺数条件下对较高黏度的介质具有更好的强化传热效果,最大传热强化比达到6倍左右;本文拟合出的波纹管内高黏度介质强制对流时的传热准则关联式,考虑了波纹管管型及不同温度下介质物性参数的影响,经验证具有较好的精度,这为波纹管换热器的进一步工程设计和应用提供了一定的理论依据。     

R417A与R22流动沸腾换热性能的比较分析

对R22与R417A在水平光滑管和2种不同几何参数的内螺纹管中的流动沸腾换热进行实验研究,分析比较了2种制冷剂流动沸腾换热性能的差异。实验结果表明:R417A的换热性能与R22相比有一定程度的降低,其降低程度因质量流速、干度及换热管参数的不同而异,质量流速越小,R417A换热性能的降低越严重;在x<0.6的较低干度区内,光滑管中R417A的换热系数比R22约降低了20%～40%,内螺纹管中的降低幅度更大,几乎达到50%～60%,在x>0.6的较高干度区内,不同换热管中R417A换热系数的降低幅度较为相近;光滑管中R417A换热系数的降低幅度受干度影响较大,且随干度的增加而增大,内螺纹管中的降低幅度受干度影响较小;强化管对换热的强化效果越好,R417A换热系数的降低幅度就越大。     

波纹管内强制对流换热与阻力特性的实验研究

用实验方法研究了空气在具有3种不同管径19、25、32mm的波纹管内的流动与换热特性。管的外壁采用电加热，来模拟均匀热流的条件，测得了不同工况下各种管径的平均对流换热系数和阻力系数，拟合出了所测的参数范围内的阻力和换热实验关联式，并比较了相同管径的波纹管和光管的换热效果，发现无论在哪种比较条件下，波纹管均比相同管径下的光管综合换热性能强。     

椭圆齿旋流口平带传热管内自动清洗及其传热强化

介绍了一种特殊结构的旋流口椭圆齿平带的研制。平带上的每个椭圆齿都是使平带自转的流体动力结构元素,平带两侧的旋流口结构能够使管内的部分液体形成螺旋线流,因而具有近似斜齿纽带那样能够在较低流速下自转实现管内污垢在线自动清洗的宝贵性能。由于椭圆齿后的大量涡流、管内部分液体流线转变为螺旋线流股以及螺旋线流股与轴向流股分合交错这样3方面的作用,管内的对流传热强化的幅度由此远远高于光滑纽带。试验结果表明,这种平带不仅容易制造,并且综合性能好,在管内流速0.5m/s左右就可运行;管内侧的传热系数提高170%,流体阻力在一般工程许可的范围内,因此具有较高的工程应用价值。     

带有疏液盘的V型垂直沟槽管的冷凝传热研究

本文在原来关于垂直降膜冷凝传热研究的基础上,为进一步强化冷凝传热,在V型垂直沟槽管上和光滑管上加装了倾斜式疏液盘,对流体力学与传热过程进行了理论与实验研完。对不同盘间距的沟槽管与光滑管进行了实验,探讨了最佳盘间距的问题。在模型与实验的基础上,提出了带盘沟槽管的冷凝传热计算式。计算与实验均表明,垂直冷凝表面加装疏液盘后,传热膜系数会有显著提高。