管內(nèi)插入扭帶及螺旋線圈的傳熱與阻力特性研究.pdf

1、隨著環(huán)境、生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的日益加劇，世界各國(guó)都在尋求新能源以及節(jié)能的新途徑。換熱設(shè)備是開(kāi)發(fā)利用和節(jié)約能源最有效的設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化傳熱的研究對(duì)于解決能源問(wèn)題具有積極的意義。管內(nèi)插入物強(qiáng)化傳熱技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，相對(duì)成本低，容易清除污垢，因此在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。
　　 本文在自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置上，系統(tǒng)研究了管內(nèi)插入不同扭率的扭帶、不同寬度的扭帶、螺旋線圈以及扭帶與螺旋線圈復(fù)合結(jié)構(gòu)的傳熱與阻力特性，并通過(guò)線性擬合得出了管內(nèi)插入扭

2、帶及螺旋線圈的傳熱與阻力系數(shù)關(guān)聯(lián)式，獲得了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傳熱與阻力特性的影響規(guī)律。利用FLUENT軟件，對(duì)光管、扭帶管以及螺旋線圈管的傳熱與阻力特性進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，直觀地展示了管內(nèi)流體的速度分布、溫度分布和壓力分布規(guī)律，并據(jù)此分析了管內(nèi)插入扭帶及螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的機(jī)理。
　　 實(shí)驗(yàn)研究表明，管內(nèi)插入扭帶及螺旋線圈能夠明顯提高流體的換熱系數(shù)，但同時(shí)也帶來(lái)了阻力的增加。在Φ25×2mm紫銅管和3000＜Re＜22000湍流范圍內(nèi)，管

3、內(nèi)插入扭帶時(shí)，努賽爾數(shù)Nu比光管提高25％～53％，阻力系數(shù)f比光管提高157％～208％，并且管內(nèi)插入扭帶的扭率Y越小、寬度B越大，Nu和f就越大;管內(nèi)插入螺旋線圈時(shí)，Nu比光管提高70％～88％，f比光管提高705％～808％;管內(nèi)插入扭帶與螺旋線圈復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，Nu比光管提高117％～133％，f比光管提高859％～893％。不同管徑光管及扭帶管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Φ25×2mm紫銅管內(nèi)的擬合公式的計(jì)算結(jié)果比較接近。
　　 數(shù)值模擬

4、結(jié)果顯示，光管內(nèi)流體的流動(dòng)為常規(guī)的直線流動(dòng)，管內(nèi)插入扭帶后流體整體呈現(xiàn)出有規(guī)律的螺旋狀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而管內(nèi)插入螺旋線圈后靠近壁面的流體為周期性的螺旋流動(dòng)，湍流核心區(qū)域的流體則為直線流動(dòng);光管內(nèi)流體的切向速度與軸向速度相比非常小，而扭帶管與螺旋線圈管管內(nèi)流體具有較大的切向速度;在相同的條件下，扭帶管以及螺旋線圈管管內(nèi)流體的出口溫度比光管的低，而壓力降比光管的大的多。在低雷諾數(shù)湍流流動(dòng)狀態(tài)下，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合。
　　 本文