层流下楔形波浪带插入物流动及传热特性数值研究

发布时间：2020-04-21 18:41

【摘要】：为提升换热器效率,开发新型强化传热元件,本研究克服了传统波浪形涡发生器流阻较大这一弊端,从结构仿生学角度,设计了一种新型波浪形涡发生器—楔形波浪带。论文运用数值仿真的方法,在雷诺数为600至1800的工况范围内,对楔形波浪带和传统波浪带在传热、流阻、综合性能等方面进行了全面比较,分析了楔形波浪带的强化传热机理以及有效减阻的原因,解释了楔形波浪带结构改进的合理性和先进性。结果表明,在相同使用工况和波浪振幅时,楔形波浪带的传热强化性能比传统波浪带低15.6%至25.9%,但传统波浪带引起的流动阻力比楔形波浪带大93.4%至269.5%,因此,楔形波浪带的综合性能可以比传统波浪带提升22%。此外,论文还对楔形波浪带的起伏形状、相对传热管的使用大小以及在管内的填充程度限制这三个方面对楔形波浪带进行结构参数优化。结果表明,楔形波浪带的波形系数(α)至少应该大于15%,最好大于21%,周期比(β)则处在2至2.5的范围内较为合适,此时最佳综合性能可以达到光管的2.62倍。对于处在合理的振幅比()范围即在0.3到0.7之间的楔形波浪带性能数据进行公式拟合,所得努谢尔数和阻力系数拟合公式预测值与仿真数据误差在14%以内。最后,针对构成楔形波浪带的楔形单元布置方式对其性能的影响研究表明,具有最佳综合性能的楔形单元布置方式是4片式,其综合性能可达光管的3.26倍。楔形波浪带是一种适用于层流的优秀强化传热元件。
【图文】：

文献,螺旋纽带,螺旋片,扁管

所进行的实验与仿真研究采取分类介绍。1.4.1 旋流型管插件纽带、螺旋线圈、螺旋片等几类管内插件是最为常见的迫使流体产生切向运动从而减薄热边界层，实现强化换热效果的旋流型管插件，其变形形式还有窄边纽带锯齿纽带、有杆螺旋片、无杆螺旋片等形式。Ibrahim[17]以水为工质通过逆流套管换热器，用实验方法研究了扁管内不同扭转比和不同间隔布置长度的螺旋纽带插入物其传热性能与阻力系数。结果表明，螺旋纽带的扭转比和间隔布置长度对换热和流阻有明显影响。努谢尔数随着雷诺数的增大而增大，但是随着扭转比和间隔长度的增大而减小，同时对于一个固定的雷诺数，阻力系数也随着扭转比和间隔长度的增大而减小。并且扁管内插入螺旋纽带的效果要比单独使用扁管和单独使用圆管的效果要好。

文献,纽带,换热性能,宽度

华中科技大学硕士学位论文等人[18]依据 Liu[19]提出的核心流思想，设计了无芯纽带，并通研究了体积流率在 200 / 到 500 / 范围内无芯纽带的热工水，，光滑圆管内置入不同宽度的无芯纽带可以使努谢尔数提升了温下，阻力系数也提升了 33%到 1020%，其综合换热性能达5 倍。并且无芯纽带的宽度存在一个最佳值，结果表明，在该研时，能够取得最佳的综合换热性能，当纽带宽度小于此值时，大而增大，当纽带宽度大于此值时，综合性能反而下降。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124;TK172

【参考文献】