扭曲管換熱器數值模擬及參數優(yōu)化研究.pdf

1、扭曲管是一種高效強化換熱管，其橢圓形截面連續(xù)扭轉形成螺旋流道，流體旋轉流動，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構，流體沿縱向螺旋流動，增強了流體混合和湍流強度，工程應用價值很高。采用數值模擬方法，對扭曲管換熱器管程和殼程的傳熱與流阻特性進行研究，最后提出兩種異型扭曲管。本文主要內容和結論如下:
　　(1)扭曲管單管數值模擬與參數優(yōu)化。首先確定了優(yōu)化設計的目標，利用數值模擬方法進行單因素分析確定了優(yōu)化計算的變量約束

2、空間。利用Workbench仿真平臺對扭曲管進行參數優(yōu)化，結果表明內長半軸a比導程S對綜合評價指標η的影響要大，在S取78～105mm與a取10.2～10.68mm時進行參數組合，強化傳熱效果較好。通過流場、溫度場、二次流、局部Nu及場協(xié)同角分析了管內強化傳熱機理。根據540組計算結果，擬合了扭曲管單管Nu和f的準則關系式。
　　(2)扭曲管換熱器殼程傳熱與流阻特性數值研究。采用六邊形筒體，分析了殼程流體流動的情況，溫度分布的特點

3、，表明殼程流體周期性的旋轉流動和扭曲管長軸支撐處的尾流都對殼程傳熱起到強化作用，導流筒能有效防止殼程短路。比較幾何結構對殼程傳熱和流阻的影響，結果表明導程S減小或外長半軸a0增加，Nu和f都增加，a0對Nu和f的影響較S大。同時根據128組計算結果擬合了扭曲管換熱器殼程Nu和f的準則關系式。
　　(3)提出兩種異型扭曲管并研究其傳熱與流阻特性。對于雙向扭曲管，分析了幾何參數對其綜合評價指標η影響，并與扭曲管進行了對比，表明雙向扭曲

4、管η要高于扭曲管，仍是在Re小于20000時具有較好的強化效果，最后進行了參數優(yōu)化，在S取100～130mm與a取10.15～10.45mm時進行參數組合，強化傳熱效果較優(yōu);對流場和二次流進行分析，表明流體旋轉流動的方向周期性改變進一步強化了對流傳熱。對于螺旋內肋扭曲管，分析了肋高e、肋數N、a和S對其傳熱和流阻特性的影響，采用低肋和較少肋數，a越大，S越小，η越大，且S對η的影響最大;相比之下螺旋內肋扭曲管在Re取2300～50000