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%。     

“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。     

单头螺旋槽纹管管内流动和换热的数值模拟

根据对单头螺旋槽纹管内流动和换热的实验研究,将单头螺旋槽纹管内的三维流动简化为二维轴对称流动;采用SIMPLE算法;对螺旋槽纹管内流动和换热进行数值模拟,紊流模型采用k-ε模型,并对模拟计算数据和实验数据进行对比,结果表明,平均努塞尔数Nu和平均摩数f与实验结果基本吻合,所开发的程序为新型高效螺旋槽纹管的开发研制提供了新的途径。     

强化管在空压机后冷器中传热与流阻性能研究

在空气压缩机后冷却器中采用横纹管、螺旋槽管及光滑管作为换热元件，以压缩空气、水为换热介质，进行了传热和流体力学性能的测试。实验结果表明：前两种强化管对压缩机后冷却器都有较显著的传热效果。但相比之下，横纹管比螺旋槽管的效果更好。本文还对两种强化管的传热和流阻机理进行了探讨。     

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。     

气体在螺旋槽管内强制湍流传热时N_u与R_e的关联

本文通过单头螺旋槽纹管进行蒸汽加热空气的实验研究,对实验结果进行了线性回归处理,确立了N_u与R_e的关联式。通过作图和误差分析表明:本关联式可应用于气体在螺旋槽纹管内强制湍流时的传热计算。     

水平螺旋槽铜管管外水蒸气凝结换热准则方程

凝结换热试验结果表明，所试验的水平单头螺旋槽铜管管外水蒸气凝结换热系数约为光管的两倍；通过理论分析，得到了考虑表面张力作用的水平单头螺旋槽的管凝结换热准则方程．     

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。     

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     

水平螺旋管外V型槽强化冷凝传热的试验天空

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不流量变化的规律,并将Ｖ型槽水平螺旋管与矩形槽水平螺旋管水平螺旋光管的热 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。     

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.     

垂直三角形纵槽管的膜状冷凝传热最大有效管长与管长设计

在纵槽表面膜状冷凝传热中,其传热量几乎仅由波峰区域形成。作者以该域为传热面,进行了传热分析与计算。计算结果表明,管长对平均传热膜系数影响很小。这一结果与Ozgen对有关实验现象的解释基本一致,可在一定程度上证实他的看法。对波谷区冷凝液流动做了数值解。对该区液膜厚度与管长做了数值关联,进而得到了三角形纵槽管最大有效管长及波峰区域面积计算公式。 本文方法与结果,为三角形槽管的管长设计提供了一种简便可行的方法。同时,该类纵槽管的传热计算也因之易于进行。     

异型螺旋槽管的优化设计

通过对异型螺旋槽管的优化设计 ,使异型螺旋槽管的结构参数得到合理匹配 ,从能量综合利用的角度出发 ,用多目标数学规划的方法研究了异型螺旋槽管的优化设计问题 ,用复合形法结合每一步对满足约束条件进行寻优 ,从而可求出其最佳结构参数。优化设计表明 :异型螺旋槽管换热系统的传热 -阻力综合性能指标优于光滑管换热系统 ,研究结果可为异型螺旋槽管设计提供理论依据     

紧凑传热管束的池内核沸腾换热强化特性

对紧凑式排列管束在水平和竖直两种排列方式下的池内沸腾换热特性进行了实验研究．确认了在低热负荷条件下能够实现沸腾换热,并具有很好的换热强化效果,同时对紧凑式排列管束沸腾、套管内有限空间沸腾和降膜式强制对流进行比较．发现在相同的热负荷条件下,紧凑式排列管束沸腾换热性能超过降膜式换热,其换热特性与一般的沸腾特性有很大差异．从实验结果看满液型蒸发器比降膜型蒸发器更具优点     

变管径空冷凝汽器空气侧换热特性研究及优化

针对四排等管径圆管直接空冷凝汽器冬季因换热不均易产生冻结的情况,提出了采用变管径翅片管束的思想。用计算流体力学(CFD)方法,对变管径翅片管束的流动换热特性进行数值模拟。研究发现,变管径翅片管束相比于等管径翅片管束,换热均匀性大幅提升,综合性能也有所提高;为提高该类换热器换热性能,将管束排布方式由近等边变化到近等速,凝汽器综合性能增大而换热均匀性变化不明显;在近等速排列变管径管束的翅片上加装涡发生器,综合性能进一步提高,换热均匀性对雷诺数的敏感性有所改变。     

波壁管式换热器内壳侧流体流动与换热特性

传统的直壁管式换热器的换热效率不高,为了增强换热器内流体的换热效率。采用数值模拟的方法对<1-2>型波壁管式换热器内流体的流动与换热特性进行了分析研究,重点探讨了雷诺数Re与波壁管半径比i对换热器内流体的流动特性、阻力特性、换热特性以及综合换热性能的影响。结果发现,与直壁管式换热器相比,波壁管式换热器内流体的流动状态能够得到较大的改善。波壁管式换热器壳程流体的进出口平均压降比直壁管式换热器低,平均压降最大可降低11.01%,且发现随着Re的增加,平均压降明显增大,随着i的增加,平均压降略有增大。波壁管式换热器壳程内流体的对流换热系数hs明显大于直壁管式换热器,hs最大可增加14.17%。hs随着Re的增大逐渐增加,而i对hs的影响不明显。同时发现波壁管式换热器的综合换热性能与雷诺数Re成正相关,而与半径比i成负相关。与直壁管式换热器相比,波壁管式换热器的综合换热性能更强。     

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。