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   

缩放管内插旋流片的自然对流换热实验与数值模拟

以水为介质,对垂直放置的急扩加速流缩放管(CD)等间距内插旋流片的自然对流换热进行了实验研究和数值模拟,通过实验研究得到不同内插旋流片个数时自然对流换热系数的变化,并将实验值与光滑管的作比较,同时运用Fluent模拟得到了管内的速度分布、温度分布、传热系数和热通量沿轴向的变化.结果表明,随着旋流片个数的增加,传热系数明显增大,但旋流片个数达到7后传热系数不再明显增大,且两种类型的旋流片均有同样效果.数值模拟还表明,插入的旋流片个数越多阻力越大,其中等间距内插7个旋流片的效果最优.文中还对缩放管与旋流片对自然对流的两区协同强化传热机理进行了初步分析,通过模拟得到强化传热的原因在于壁面切向速度的提高,同时还给出了截面平均切向速度沿轴向的变化规律.     

缩放平行板间插入旋流片的复合强化传热

为了研究新型换热器--矩形管束换热器的传热性能,通过在缩放平行板间插入一组旋流片来研究旋流片下游的传热与流阻,并与光滑平行板、无旋流片缩放平行板的传热效果进行比较.实验结果表明:在实验范围内(19000相似文献   

自支撑矩形缩放管壳侧不同插入物的强化传热效果

利用数值模拟方法研究了湍流状态(雷诺数Re变化范围为27900 ～41900)下自支撑矩形缩放管换热器壳程内插入不同插入物(圆环和折板)后的传热性能与流动特性,并将壳程通道内插入圆环和折板后得到的结果与缩放管空管(无插入物)的结果做比较.结果表明:插入物的加入引起了通道内流体的速度及温度分布变化,从而产生传热及流动特性的变化;插入圆环和折板后壳侧的传热系数分别比缩放管空管时增加了16.69％ ～24.32％和38.01％～46.74％;在插入插入物后,传热系数增加的同时也引起了通道内压降的增大,与缩放管空管时比较,插入圆环和折板情况下压降增加的比例分别为74.02％～89.50％和68.49％～87.16％;插入折板后壳程通道内的综合传热性能最好,其次是插入圆环后,缩放管空管时最差.研究还发现,要提高换热器的传热性能,关键是要改善通道两侧缩放管处的传热性能,而从场协同角度对三者进行分析则发现,减小速度矢量与温度梯度矢量间的夹角是增强换热器传热性能的一个重要措施.     

缩放平行板间插入旋流片的复合强化传热的实验研究

为了研究新型换热器——矩形管束换热器的传热性能,采用缩放平行板间插入一组旋流片来研究旋流片下游的传热与流阻,并与光滑平行板、缩放平行板的传热效果进行比较。实验结果表明：在实验范围内（19000相似文献   

旋流片强化换热器壳程传热的数值模拟与实验

分析了一种新型的传热强化元件——旋流片作为管间支撑物时的流动与传热特性.应用周期性单元流道模型,对光滑管束间支撑物的强化传热进行了数值模拟和实验研究.采用重整化(RNG)κ-ε双方程湍流模型,以SIMPLEC算法进行压力和速度的耦合,并采用强化壁处理法处理壁面,模拟了单元流道的流场与温度场,比较了空心环和旋流片的综合热力性能.结果表明:旋流片可以使流体作三维螺旋运动,起到强化换热的作用.两种旋流片的换热效果都优于空心环,但阻力损失也都大于空心环;小扭率的旋流片会引起较大的形体阻力,导致综合热力性能反而不如空心环;旋流片的结构参数是影响其综合热力性能的主要因素.     

周向角和直径比对切向双旋流冷却流动与传热特性的作用机理

考虑到当前对透平叶片前缘双旋流冷却结构的流动与传热机理认识不足,建立了合理的切向双旋流冷却结构模型,采用雷诺时均Navier-Stokes方程求解SSTk-ω湍流模型,数值分析了周向角为60°～120°、直径比为0.435～1.2时双旋流腔内的流动和传热特性。计算结果表明:与单旋流冷却相比,冷气在双旋流腔内形成相反涡对,在融合区出现冲击和再附现象,使综合换热性能更好。随着周向角增大,旋流腔壁面的努塞尔数先增大后减小,而摩擦系数呈现相反的变化趋势,评估得到周向角为90°时的综合换热因子最高,可以达到1.49;当直径比为0.6时,综合换热因子可达到1.52,当直径比小于0.6时,综合换热性能几乎不受直径比影响,而直径比大于0.6时,综合换热性能随直径比增大而减小,尤其在直径比大于1时急剧下降。     

平板式内构件管式换热器传热性能研究

实验研究了安装有平板及45°平板扰流内构件的管式换热器传热与压降特性,结果表明：管内插入平板和45°平板扰流内构件时,换热器传热性能和压降特性随扰流内构件组数N和Re的增加而增大;当Re ≥ 2.6×10⁴时,换热器压降增加比较显著;当N>6时,平板内构件换热器传热性能强化稍优于45°平板内构件换热器,但是压降明显较大;两种内构件组数不宜超过9组。在实验研究范围内,平板和45°平板内构件换热器传热性能分别是空管换热器的1.66~3.47倍和1.67~3.38倍,压降分别是空管换热器的6.25~29.57倍和3.61~10.77倍。Re在1.9×10⁴左右时,平板和45°平板综合性能评价因子达到最大,分别约为1.24和1.57,说明45°平板内构件换热器综合性能优于平板内构件换热器。随后进一步采用数值模拟方法对换热器的传热和流动特性进行了模拟,结果表明：有角度平板可以使流场旋转产生二次流动,强化了传热,降低了换热器压降的增幅。因此,将有角度的内构件插入管式换热器中可有效增加换热器的综合传热性能。     

内插中心斜杆换热管的换热性能

在热传递技术的被动改进中,在管中使用插入物是当今一种非常普遍并且具有很大实际作用的改进技术。内插中心斜杆换热管可以使管内实现类似于优化流场的多纵向涡旋流,使换热管在流动阻力增幅不大的情况下换热性能得到有效提升。利用数值模拟方法对内插中心斜杆的换热管进行研究,探求斜杆数目、节距、直径等参数的变化对换热、阻力特性的影响。结果发现:内插中心斜杆换热管的换热性能远优于光管的综合换热性能;内插中心斜杆换热管的努塞尔数随着斜杆数量的增多而在一定范围提高,压降随着斜杆数量的增多而增大,斜杆数量为3时,内插中心斜杆换热管的综合换热性能较好;努塞尔数和压降随着节距的增大而减小,斜杆节距为20 mm时,内插中心斜杆换热管的综合换热性能较好;努塞尔数和压降随着斜杆直径的增大而增加,斜杆直径为2.0 mm时,内插中心斜杆换热管的综合换热性能较好。     

催化裂化沉降器新型高效旋流快分器的结构优化与分析

在CFX软件平台上,采用RSM模型对两种结构的新型旋流快分器内流场进行了三维数值模拟,考察了该旋流快分器的内插筒状物的结构参数对旋流快分器内流场的影响规律。采用随机轨道模型对该快分器内颗粒的运动情况进行了计算,估算了该旋流快分器的分级效率和总分离效率。结果表明,该新型旋流快分器的压降随内插筒状物直径的增大而减小,随内插筒状物长度的增大变化很小;小于8μm的颗粒的分级效率随内插筒状物直径的增大而减小,小于3μm的颗粒的分级效率随内插筒状物长度的减小而减小;总分离效率随内插筒状物直径的增大先增大后减小,随其长度的增大而增大。Ⅱ型结构的性能优于Ⅰ型结构的性能。由此可获得在处理不同粒径粉料时,最佳的内插筒状物结构参数与型式,供工程设计参考。     

扭曲片对裂解炉管内介质流体力学性能的影响

以常温常压下的空气为流动介质,研究了加入扭曲片对裂解炉管内强化传热的流体力学性能的影响。实验结果表明:裂解炉管加入扭曲片后,使边界层厚度减薄,传热系数增大,从而传热得以强化。在管中心区域,含扭曲片管内轴向速度沿管径的分布比圆管内较平坦;而在近壁区域,含扭曲片管内速度梯度大于圆管内速度梯度。加入扭曲片后,管压降增加,但压力沿管长方向的变化是均匀的,与圆管内压降变化一致。     

基于冯·卡门类比的强化管污垢模型及抗垢机理

对比实验研究4种强化管(波纹管、缩放管Ⅰ、缩放管Ⅱ和弧线管)和光管在相同工况(人工硬水入口温度、流速、硬度及水浴温度)下的CaCO3污垢特性。通过分析强化管污垢热阻Rf与几何参数等,基于冯.卡门类比法,以φ和ψ为强化管传热性能评价因子,ηφ和ηψ为其综合性能评价指标,构建强化管污垢数据分析模型,并逐一分析各强化管的抗垢机理。研究结果表明:波纹管因管内的二次扰流及沿轴线方向的流速周期性脉动冲刷近壁面流体,显著增强污垢剥蚀率,且不易结垢甚至实现自清洗;由于管内流体的周期性扰动削弱污垢沉积,喉部剧增的壁面剪切应力可显著增强污垢剥蚀并实现弧线管抗垢;缩放管因轴向压力梯度交替切换引发流体剧烈周期性扰动以及喉部回旋涡流双重增大污垢剥蚀率而实现抗垢。     

旋流对等离子体反应器内传热与流动的影响

为满足大气压气体放电热等离子体先进材料加工的要求,研究了当等离子体发生器出口处存在旋流流动时,旋流效应对有反向载气注入条件下等离子体反应器内传热与流动特性的影响.在所研究的参数范围内的计算结果表明:旋流对等离子体的轴向运动有抑制作用,且有助于强化等高子体射流与反向载气的混合,从而影响反应器内的传热与流动特性以及发生器出口与反向载气喷营出口之间所形成的滞止平面的位置;而且随着旋流数的增加,旋流对等离子体轴向运动的抑制作用也会增强.     

轴流型换热器壳程的传热优化设计

本文分析了在空心环支承条件下光滑管管束与缩放管管束换热器的壳程流体压降与传热膜系数分布，对换热器壳程传热设计做了优化分析，认为管束的排列结构与长径比是优化壳程传热的重要因素。     

旋转半径和叶片安装角对动叶旋流冷却流动和传热特性的影响

针对航空发动机涡轮动叶片中应用旋流冷却的问题,建立了旋转条件下的旋流腔冷却模型,比较了静止和旋转条件下冲击与旋流冷却的流动传热特性差异,研究了旋转半径和叶片安装角对旋流冷却特性的影响规律。研究结果表明:叶片旋流腔旋转显著改变旋流冷却气动传热特性,旋转条件下旋流腔产生离心力和科氏力;离心力驱使冷气向叶顶方向运动,加强冷气横向冲击作用,使得高传热区域向叶顶方向偏移;科氏力方向为轴向上游或下游,引起冷气轴向回流,增强冷气掺混,减小射流冷气周向速度,显著降低了传热强度;旋转条件下,旋流冷却传热强度比冲击冷却提高了27.6%;与静止条件相比,旋转数为0.819时冲击冷却传热强度减小了30.0%,旋流冷却传热强度减小了18.6%;叶片旋流腔旋转半径增大时,冷气周向速度稍有减小,靶面平均Nu略有减小;叶片安装角增大时,旋流冷却流场和平均Nu不变,周向平均Nu分布均匀性降低。     

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。     

超临界压力CO_2竖直管内传热恶化抑制实验

为抑制浮升力导致的超临界压力流体传热恶化,该文采用光管内插螺旋结构,增强管内湍流发展,提高流体管内换热性能。对超临界压力CO_2在竖直光管、内插螺旋管内对流换热进行了实验研究,比较了热流密度、进口Re、流动方向等因素对换热的影响,讨论了内插螺旋结构对传热恶化现象的抑制作用。研究结果表明:由于浮升力传热恶化作用,流体在光管内向上流动壁温分布呈非线性变化趋势,壁温峰值区域随热流密度升高逐渐向入口区域移动;光管内插入螺旋结构可以有效抑制由浮升力产生的传热恶化作用,显著提高超临界压力CO_2管内对流换热强度,内插螺旋结构管相对于光管可以提高对流换热系数约200%以上;超临界压力CO_2在内插螺旋结构管内流动与换热时,在热流密度较高情况下,浮升力依然会对换热起到一定的恶化作用,流体向下流动时沿程对流换热系数略高于向上流动。     

叶片前缘旋流蒸汽冷却流动和传热的数值研究

通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和标准k-ω湍流模型,数值研究了旋流蒸汽冷却的基本原理,分析了冷气雷诺数和来流温比对流动和传热特性的影响,旨在阐明旋流蒸汽冷却的原理,总结其流动传热的变化规律。在此基础上对无量纲换热系数Nu、雷诺数Re和来流温比φ进行数值拟合,得到旋流蒸汽冷却的传热关联式。研究表明:冷气在旋流腔内的高速转动引起强烈的径向对流运动,使得换热增强;增大雷诺数能够增大冷气的涡量,有效提高旋流腔的换热系数,同时降低阻力系数;增大来流温比使得冷气的涡量增大密度减小,旋流腔的换热系数略有减小,阻力系数显著降低;综合换热因子随着雷诺数的增大而增大,随着来流温比的增大而减小;拟合的传热关联式与数值计算结果吻合良好,可以准确地预测蒸汽旋流冷却的换热系数。     

热水解污泥在扭曲管中流动换热的数值模拟

采用数值模拟方法研究了热水解污泥在扭曲换热管中的流动换热特性,分析了扭曲管的强化传热机理.获得了扭曲管不同纵横比和扭曲比条件下的温度场与速度场分布,阐述了不同雷诺数对流动传热的影响.该结果与传统光滑圆管的流动换热特性进行了比较,研究结果表明,扭曲管产生的旋流和二次流可以有效地提高换热效率,但是也增加了流动阻力.另外,综合换热因子随着扭曲比的增大而减小,随着纵横比先增大后减小,在纵横比为1.96时达到最大.与传统光滑圆管相比,发现在低雷诺数(小于5 000)情况下扭曲换热管具有更高的换热效率.     

强化传热管内的自然对流沸腾换热

对普通缩放管、改型缩放管和光滑管进行了自然对流沸腾换热的实验研究,得到了这三种传热管的沸腾换热系数与热流密度的关系、实验结果表明,普通缩放管和改型缩放管的自然对流沸腾换热系数分别是光滑管的1．06倍和1．25倍,改型缩放管的自然对流沸腾换热系数比普通缩放管提高18％,并分析了改型缩放管比普通缩放管沸腾换热性能好的原因。该改型缩放管特别适用于自然对流沸腾换热的场合。