新型涡节强化换热管管内传热与流动阻力特性研究

发布时间：2020-05-03 12:16

【摘要】：能源与环境问题日益严峻,强化换热管因能够较显著地提高换热设备换热效率和减少能源消耗而被广泛应用于工业生产和日常生活中。本论文借鉴丁胞强化换热管几何减阻特性,提出了一种新型的涡节强化换热管,采用数值模拟方法系统研究了新型涡节强化换热管管内流体的流动与换热特性。论文首先基于结构力学理论,首次利用有限元法模拟了涡节管的加工工程,建立了与实际物理模型一致的几何模拟模型。采用可实现的k-ε湍流模型分别对基于结构力学方法和计算机辅助设计方法(CAD)建立的几何模型进行了涡节管管内流体流动与换热过程的数值模拟,对比分析了两种不同几何模型的管内流动和换热特性的差异,并基于场协同理论分析了造成两种模型换热能力差异的缘由。涡节管管壁的突起结构能够更为有效地强化管内流体的对流换热。相对结构力学模型,CAD模型的涡节管强化换热能力低、流动阻力大、综合性能因子小。5000Re30000时,涡节管相比光管换热能力提高了22~53%,具有优良的流动换热综合性能。进一步利用结构力学模型分析了不同几何参数(涡节旋转角度α,间距s、凹陷深度h以及外接球半径R)和Re等因素对涡节管管内流体流动阻力与换热特性的影响行为及规律,获得了优化的几何参数组合:α=60°、s=25 mm、h=8 mm和R=30 mm,此时涡节管综合性能因子为1.19~1.27。采用多元回归分析法,拟合得到Nu和f的准则关系式,并验证了其可靠性。最后,研究了结构参数和插入扰流件对涡节管管内流体换热与流动阻力的影响。涡节管圆周方向上增加一个凹坑可使全局Nu进一步提升8.4~20.8%;涡节管主流区域插入光滑扭带换热强化效果受限且会引起更多的压降和损失。
【图文】：

示意图,翅片,示意图,换热

1 绪论由于流量重新附着，丁胞结构下游为高换热区域。对于相同的道高度较低时换热系数较高；随着丁胞间距的逐渐变小，整体不断增大。mmad[26]使用数值计算方法对双向丁胞翅片板（如下图）的换了研究，数值计算的 Re 范围为 214-4000，流动从层流逐渐过果表明新型丁胞板的换热效率比普通平板提高 1.6-2.75 倍，力损失，阻力系数增大了 4-8 倍。双向丁胞翅片板能不断的改方向，，扰乱和破坏流动边界层，从而达到增强换热的目的。

示意图,胞管,示意图

1 绪论.8%，而顺排的丁胞管压力损失增大 18.6%到 25.9%，说明不同排列方损失影响较大，而对传热效果的影响较小。u wang[45]等分别对含有球形和椭圆球形的新型丁胞强化换热管（图合热水力性能的对比分析，实验使用恒定流速的热水加热管侧的冷验结果与相同尺寸的光滑管道进行了比较。研究发现，相对于光管丁胞管换热系数能提高 38.6%至 175.1%，球形丁胞管提高 34.1%至，两者的阻力系数相对于光管分别增加 26.9%-75%和 32.9%-92%。过在流道中布置丁胞结构，可以有效地使湍流转戾点提前。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK172

【参考文献】