紐帶管內(nèi)流體強(qiáng)化換熱及抗垢特性研究.pdf

1、紐帶作為一種高效強(qiáng)化換熱的擾流元件，廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備的強(qiáng)化換熱、防垢、流體混合等領(lǐng)域。國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)內(nèi)置紐帶管內(nèi)部流體流動(dòng)及強(qiáng)化傳熱開展了諸多研究，但紐帶的強(qiáng)化換熱性能還需要進(jìn)一步提高。
　　本文針對(duì)紐帶管研究的流動(dòng)工況較少，普通紐帶管強(qiáng)化傳熱綜合性能欠佳，結(jié)構(gòu)優(yōu)化不夠全面等問題，開發(fā)了三邊紐帶，用Fluent15.0模擬了內(nèi)置普通紐帶、格柵紐帶以及三邊紐帶在湍流（Re=5000～30000）和層流（Re=400～1500）工況

2、下管內(nèi)流體傳熱和阻力特性，并與圓管進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明三邊紐帶管的綜合性能較好；并進(jìn)一步從紐帶邊數(shù)n、扭率y、邊長m對(duì)紐帶管進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化；最后模擬分析了圓管及紐帶管的抗垢性能，得到的結(jié)論如下：
　　數(shù)值模擬結(jié)果表明，內(nèi)置紐帶管能使流體產(chǎn)生螺旋流動(dòng)，誘導(dǎo)流體產(chǎn)生偏離軸線方向的徑向及切向流動(dòng)，從而加劇近壁區(qū)流體與主流區(qū)流體的摻混，減薄流體速度和溫度邊界層，加速管壁熱量向管內(nèi)流體的傳遞，提高了管壁處流體的對(duì)流換熱系數(shù)。
　　

3、湍流工況下模擬結(jié)果表明，三邊紐帶管的Nu較大，格柵紐帶管和普通紐帶管傳熱性能相當(dāng)，Nu最?。患~帶管對(duì)應(yīng)的阻力系數(shù)f從高到低依次是：格柵紐帶、三邊紐帶和普通紐帶；三邊紐帶管的綜合性能評(píng)價(jià)因子η高于其他紐帶管。
　　對(duì)紐帶管結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果表明，Nu和f隨著紐帶邊數(shù)和邊長的增加而增加，隨著扭率的增加而減?。煌ㄟ^對(duì)比各參數(shù)紐帶管的綜合性能發(fā)現(xiàn)，扭率y=2.0、邊長m=9mm的三邊紐帶管的綜合性能較好，綜合性能評(píng)價(jià)因子η=1.33，分別

4、比圓管和普通紐帶管高出11.9％～33.2%，5.47%～5.98%。
　　層流工況下模擬研究表明，除五邊紐帶管外，邊數(shù)越多，Nu越大。Nu和f隨邊數(shù)和邊長的增加而增加，隨扭率的增加而減小；模擬得出y=2.0，m=9mm的三邊紐帶管的綜合性能較好，綜合性能評(píng)價(jià)因子η達(dá)到4.96。
　　對(duì)圓管及紐帶管的抗垢性能研究表明，紐帶管內(nèi)流體的螺旋流動(dòng)沖刷管壁，使 CaCo3顆粒污垢徑向分布比較均勻，在換熱管內(nèi)不易沉積，其抗垢性能明顯優(yōu)