文档介绍：中国工程热物理学会传热传质
学术会议论文编号:123264
不连续斜肋强化传热管的减阻研究
施坤,刘伟,刘志春
(华中科技大学能源与动力工程学院, 湖北武汉 430074)
(Tel:**********, Email: shikun20080101@)
摘要在不连续双斜向内肋管(DDIR)的基础上,从减阻的角度出发,设计了以不同方式在圆管壁面凹入圆柱形斜肋的强化传热管模型,以水为工质,对其进行了数值模拟,并将考虑减阻前后的模型的数值结果进行了对比,表明:斜肋沿流向的凹入方式采用逐渐加深的方式,能有效减少流动阻力,提高综合换热效果。
关键词:斜肋;强化换热;PEC;EEC;数值模拟
1 引言
换热器在电力、石化、钢铁、冶金、制冷、低温等行业中得到广泛的应用, 而增强对流换热, 减小流动阻力, 是提高换热器综合性能的有效途径. 为了改善换热器性能, 国内外研究者在强化传热方面做了大量的工作[1~5],并提出了一些新的强化换热理论,如Bejan的树网构型理论、过增元的场协同理论和热质说理论[6~7]、刘伟的核心流强化传热理论[8]以及多场协同理论[9]等。
纵向涡强化管是目前经常采用的强化传热管之一,它通过加强壁面附近流体的扰动、减薄边界层厚度达到强化传热的目的[7]。文献[10]提出了采用多纵向涡强化管内对流换热的场协同强化方法,指出管内多纵向涡对层流和湍流换热的强化效果显著而流阻增加较少,具有优良的综合强化换热性能。本文在其提出的不连续双斜向内肋管(DDIR)的基础上,将斜肋的凹入改用逐渐加深的方式,进一步减少流动阻力。并改变斜肋的排布方式,将不同排布方式下的减阻与非减阻模型进行对比。
2 物理及数学模型
本文所研究的模型为壁面上以不同方式凹入圆柱形肋的直圆管。
圆管长1000mm,沿轴向均分为50段,在每一段上沿圆周以不同方式均匀布置斜肋,圆管半径10mm,圆柱肋长10mm,半径2mm,两端各有半径2mm的半球做圆角,以减小流动阻力、贴近实际加工情况。肋偏离轴向转过30°。
双斜肋模型(图1):沿圆周均匀分布3对双斜肋,肋两端深度均为2mm;
渐深双斜肋模型(图2):在双斜肋模型的基础上,使肋的轴向向管内倾斜15°,仅让后端深度达到2mm;
顺斜肋模型(图3):沿圆周均匀分布6根斜肋,两端深度均为2mm;
渐深顺斜肋模型(图4):在顺斜肋模型的基础上,使肋的轴向向管内倾斜15°,仅让后端深度达到2mm;
叉排顺斜肋模型(图5):沿圆周均匀分布6根斜肋,两端深度均为2mm,沿流向前后叉排。
渐深叉排顺斜肋模型(图6):在叉排顺斜肋模型的基础上,使肋的轴向向管内倾斜15°,仅让后端深度达到2mm;
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No. 51036003, 51021065)和教育部博士点基金()资助。
图1. 双斜肋模型
discrete double-inclined ribs model
图2. 渐深双斜肋模型
gradually deepened double-inclined ribs model
图3. 顺斜肋模型
parallel-inclined ribs model
图4. 渐深顺斜肋模型