扭曲管換熱器數(shù)值模擬及參數(shù)優(yōu)化研究.pdf_第1頁(yè)
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1、扭曲管是一種高效強(qiáng)化換熱管,其橢圓形截面連續(xù)扭轉(zhuǎn)形成螺旋流道,流體旋轉(zhuǎn)流動(dòng),在橫截面上形成二次流。扭曲管換熱器在殼程形成自支撐結(jié)構(gòu),流體沿縱向螺旋流動(dòng),增強(qiáng)了流體混合和湍流強(qiáng)度,工程應(yīng)用價(jià)值很高。采用數(shù)值模擬方法,對(duì)扭曲管換熱器管程和殼程的傳熱與流阻特性進(jìn)行研究,最后提出兩種異型扭曲管。本文主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
  (1)扭曲管單管數(shù)值模擬與參數(shù)優(yōu)化。首先確定了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo),利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行單因素分析確定了優(yōu)化計(jì)算的變量約束

2、空間。利用Workbench仿真平臺(tái)對(duì)扭曲管進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,結(jié)果表明內(nèi)長(zhǎng)半軸a比導(dǎo)程S對(duì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)η的影響要大,在S取78~105mm與a取10.2~10.68mm時(shí)進(jìn)行參數(shù)組合,強(qiáng)化傳熱效果較好。通過(guò)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、二次流、局部Nu及場(chǎng)協(xié)同角分析了管內(nèi)強(qiáng)化傳熱機(jī)理。根據(jù)540組計(jì)算結(jié)果,擬合了扭曲管單管Nu和f的準(zhǔn)則關(guān)系式。
  (2)扭曲管換熱器殼程傳熱與流阻特性數(shù)值研究。采用六邊形筒體,分析了殼程流體流動(dòng)的情況,溫度分布的特點(diǎn)

3、,表明殼程流體周期性的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)和扭曲管長(zhǎng)軸支撐處的尾流都對(duì)殼程傳熱起到強(qiáng)化作用,導(dǎo)流筒能有效防止殼程短路。比較幾何結(jié)構(gòu)對(duì)殼程傳熱和流阻的影響,結(jié)果表明導(dǎo)程S減小或外長(zhǎng)半軸a0增加,Nu和f都增加,a0對(duì)Nu和f的影響較S大。同時(shí)根據(jù)128組計(jì)算結(jié)果擬合了扭曲管換熱器殼程N(yùn)u和f的準(zhǔn)則關(guān)系式。
  (3)提出兩種異型扭曲管并研究其傳熱與流阻特性。對(duì)于雙向扭曲管,分析了幾何參數(shù)對(duì)其綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)η影響,并與扭曲管進(jìn)行了對(duì)比,表明雙向扭曲

4、管η要高于扭曲管,仍是在Re小于20000時(shí)具有較好的強(qiáng)化效果,最后進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化,在S取100~130mm與a取10.15~10.45mm時(shí)進(jìn)行參數(shù)組合,強(qiáng)化傳熱效果較優(yōu);對(duì)流場(chǎng)和二次流進(jìn)行分析,表明流體旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的方向周期性改變進(jìn)一步強(qiáng)化了對(duì)流傳熱。對(duì)于螺旋內(nèi)肋扭曲管,分析了肋高e、肋數(shù)N、a和S對(duì)其傳熱和流阻特性的影響,采用低肋和較少肋數(shù),a越大,S越小,η越大,且S對(duì)η的影響最大;相比之下螺旋內(nèi)肋扭曲管在Re取2300~50000

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