非均勻熱流條件下螺旋管內(nèi)流動(dòng)與傳熱特性研究.pdf

1、螺旋管因其具有良好的傳熱性能、制造簡單和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、低溫與制冷技術(shù)、化工、食品醫(yī)藥等工業(yè)行業(yè)中。同直管相比，螺旋管強(qiáng)化傳熱的機(jī)理是：由于彎曲通道內(nèi)的流體受到了離心力的作用，在螺旋管內(nèi)的流道橫截面上產(chǎn)生了二次回流，管內(nèi)的主流與二次回流的疊加使得流體在管內(nèi)沿著管道軸向螺旋運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)了換熱效果。前人已經(jīng)對螺旋管內(nèi)單相和兩相流動(dòng)與傳熱進(jìn)行了大量的研究，然而這些研究主要針對的是螺旋管外壁為均勻熱邊界條件下的，對管外壁施加非

2、均勻熱邊界條件的螺旋管內(nèi)流動(dòng)和傳熱性能的研究則鮮有報(bào)道。本文搭建了兩相流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)臺，以制冷劑R22為工質(zhì)對臥式螺旋管在非均勻熱邊界條件下的兩相流動(dòng)與傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究；另一方面還對非均勻熱邊界條件下螺旋管內(nèi)單相湍流流動(dòng)與傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　實(shí)驗(yàn)方面，在熱流密度q=3.88-19.4kW/m2，質(zhì)量流速G=182-303kg/(m2s)，質(zhì)量干度x=0.07-0.53范圍內(nèi)，分別對三種熱邊界條件下的臥式螺旋管內(nèi)流動(dòng)

3、沸騰換熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。三種熱邊界條件分別為：管外壁周向均勻熱流條件，管外壁外側(cè)均勻熱流、內(nèi)側(cè)絕熱條件和管外壁內(nèi)側(cè)均勻熱流、外側(cè)絕熱條件。三種熱邊界條件下的螺旋管內(nèi)局部流動(dòng)沸騰傳熱系數(shù)均是隨著熱流密度和質(zhì)量流速的增大而增大。在本文實(shí)驗(yàn)的干度范圍內(nèi)，局部沸騰傳熱系數(shù)隨著質(zhì)量干度的增大而增大。在三種熱邊界條件下對螺旋管外壁所施加的熱量相同的基礎(chǔ)上，將三種熱邊界條件下管內(nèi)局部流動(dòng)沸騰傳熱系數(shù)進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)螺旋管外壁內(nèi)側(cè)均勻熱流外側(cè)絕熱條

4、件下管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)最大，管外壁均勻熱流條件下次之，管外壁外側(cè)均勻熱流內(nèi)側(cè)絕熱條件下最小。
　　數(shù)值模擬計(jì)算方面，建立了三種不同幾何結(jié)構(gòu)的螺旋管模型，以單相水為工質(zhì)，通過改變進(jìn)口雷諾數(shù)和熱邊界條件對螺旋管內(nèi)單相湍流流動(dòng)與傳熱特性進(jìn)行了模擬計(jì)算，得到了不同熱邊界條件對管內(nèi)流體溫度分布、速度分布和管內(nèi)二次流的影響，且三種不同熱邊界條件下管內(nèi)單相湍流流動(dòng)傳熱系數(shù)的大小規(guī)律為：內(nèi)側(cè)均勻熱流外側(cè)絕熱最大，均勻熱流條件下次之，外側(cè)均勻熱流內(nèi)側(cè)