基于田口法的螺旋流强化传热优化研究

发布时间：2021-12-23 20:06

　　为提高传热和降低压力损失,采用田口试验设计法,选取间隙率（C/D=0. 026,0. 053,0. 079,0. 105）、节径比（P/D=2,3,4,5）、雷诺数（Re=5 300,9 100,12 900,16 700）为设计参数,选取努塞尔数和压降为目标性能参数进行正交设计,正交表选取L₁₆（4³）。采用信噪比（SNR）分析得出:以提高努塞尔数Nu为目标的最优方案为C/D=0. 026,P/D=2,Re=16 700,以降低压降为目标的最优方案为C/D=0. 105,P/D=5,Re=5 300。而且努塞尔数和压降随间隙率和节径比的增大而减小,随Re增大而增大。 

【文章来源】：压力容器. 2020,37(05)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

各设计参数与压降Δp关系

光管的外径D1=22 mm，内径D2=19 mm，长度L=1 m。扭带的厚度δ=0.8 mm，节距P取值范围38～95 mm，宽度W取值范围15～18 mm，几何模型如图1所示。雷诺数Re取值范围5 300～16 700。湍流模型采用Realizable k-ε模型，由于涉及到传热，为了能更合理地研究边界层导热效应，边界层划分为10层，拉伸因子为1.5，同时无量纲y+对传热特性的影响比较大，因此y+控制在0～1的范围内;进口选用速度入口条件，水温300 K;出口选用压力出口条件;壁面恒温320 K，壁面选择为无滑移边界条件，整个循环工作流程见文献[15]。无量纲y+、雷诺数Re、努塞尔数Nu及摩擦因子f计算式如下:

图2示出物性参数对计算结果Nu的影响。可以看出，计算中考虑物性参数随温度变化的计算结果更符合已有的Dittus-Bolter公式数值以及本文试验值。同时，为了检验网格独立无关性，避免网格尺寸对模拟精度影响，网格数量分别取3种不同疏密网格模型，对光管进行了数值模拟得到3组数据结果见表1。当网格大小采用2 mm时，网格总数为16万～17万，目标性能参数Nu和Δp的变化分别小于0.3%和0.2%。可认为此种网格有足够的计算精度，并能兼顾网格的计算量，因此，采用网格尺寸为2 mm进行网格划分和计算。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]超临界CO2水平螺旋管内对流换热的数值模拟[J]. 崔海亭,刘思文,王少政.  压力容器. 2019(02)
[3]超临界流体在螺旋管内的对流换热研究进展[J]. 陈永东,宋嘉梁,吴晓红.  压力容器. 2019(01)
[4]Heat transfer characteristics in micro-fin tube equipped with double twisted tapes: Effect of twisted tape and micro-fin tube arrangements[J]. EIAMSA-ARD S.,WONGCHAREE K..  Journal of Hydrodynamics. 2013(02)
[5]叶片旋流管内核心流强化传热分析与结构优化[J]. 刘伟,明廷臻.  中国电机工程学报. 2009(05)
[6]自转螺旋扭带管内三维流动与传热数值模拟[J]. 张琳,钱红卫,宣益民,俞秀民.  化工学报. 2005(09)



本文编号：3549104