文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123075
一种螺旋柱状元件强化传热机理分析
申耀阳,韩东
(南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京 210016)
Tel:**********, E-mall:syy0208@
摘要:针对纵向涡诱导元件强化传热机理的研究,采用三维数值模拟的方法分析了安装十字螺旋肋矩形窄通道内的强化传热过程,并研究了雷诺数(459-4134)、攻角(15°-75°)对该通道阻力系数、努赛尔数和同功耗强化传热指标的影响。结果表明:攻角45°下,十字螺旋肋带来的流动阻力损失要高于不连续十字交叉直肋20%左右,努赛尔数提高17%左右;攻角是影响该肋阻力系数、努赛尔数的重要参数,在研究雷诺数和攻角范围内, 30°为最佳攻角,其模型同功耗强化传热指标要高出其他模型7%-180%。
关键词:强化传热;纵向涡;十字螺旋肋;数值模拟
板式换热器广泛应用于动力、化工、航空、制药等工业领域,强化传热技术的研究开发和换热器的优化设计,对节约能源、降低产品成本方面具有重大意义。纵向涡强化传热技术是一种可以有效提高换热器综合换热性能的新型技术,已有研究表明,纵向涡旋与横向涡旋的努赛尔数相差不大,但是压力损失仅为后者的42%左右。流体流过凸起物时,将在凸起物的后方形成回流,尤其当凸起物与流体流动方向倾斜为一定角度时,流体被强迫改变流动方向并在凸起物的后方形成漩涡,压差驱动下将形成一些列不断前进的纵向涡旋。
国内外许多学者和专家对于纵向涡强化传热的流场结构和换热特性进行了研究,并提出了各种不同的扰流元,针对其特征参数进行了优化,设计和开发出各种各样的新型纵向涡产生元件,可用于板式换热器的板片以及其他形式的换热场合。[1]、Joung Hwan Park等[2]从理论上研究了纵向涡的产生过程及强化传热机理,并针对冲角、工质的不同进行了讨论和比较。[3]、田丽[4]、[5]、[6]简略研究了在不同雷诺数、不同流动形式下三角形、矩形、三角翼布置于矩形通道内时的强化传热效果,并分析了不同布置方式对传热效果的影响。孟继安[7]、李晓伟[8]等人通过场协同理论和对低雷诺数及充分发展湍流的换热强化机理的分析,提出了交叉缩放椭圆管、不连续双斜内肋管和一种不连续交叉肋板片,并对其进行了实验和数值研究,得到了不连续交叉肋板片比人字形板片的平均努赛尔数高出60%-130%,阻力系数高出100%的模拟结果。
基金项目:江苏省科技支撑计划项目(BE2010192),江苏省科技支撑计划项目(BE2011160)
江苏省优势学科PAPD(XK-0203)
本文设计提出了一种新型的纵向涡产生元件对,采用三维数值模拟的方法,研究了上下交错十字交螺旋肋对的流动结构和换热特性,并与不连续十字交叉肋进行比较分析,然后进一步确定了雷诺数、元件对的攻角对其努赛尔数、阻力系数和同功耗强化换热指标的影响,初步确定了最佳攻角值,这为新型板式换热器板片的开发设计研究提供了一定的基础。
图1为不连续十字交叉肋,考虑到流体流过该肋对时,流动方向被强制偏移,这将在凸起物的前方产生较大的压力值,而在凸起物后又形成低压区,则对元件的耐压程度提出较高的要求。因此,本文在直肋基础上,将直