扭曲管换热器传热与流阻性能的数值研究
扭曲管换热器是一种新型高效自支撑纵流式换热器,采用高效扭曲管取代普通换热管,既节约了金属管材、降低了设备费用,同时能显著地提高传热效率,降低能耗,应用前景广阔。
本文对扭曲管换热器的数值计算方法进行了研究,通过对比五种湍流模型在圆管及扭曲椭圆管管内传热与流动计算中的精度,发现SSTκ-ω模型的结果为精确。对壁面函数网格适应性的对比发现尺度化壁面函数较好,针对扭曲管换热器近壁面网格尺寸难以控制提出计算时采用尺度化壁面函数。
本文对扭曲椭圆管和扭曲三叶管管内传热与流动进行了研究,考察了截面特性、导程、Pr数和雷诺数的影响。结果表明:在所研究的范围内,随着截面压缩程度的增加(对于扭曲椭圆管是B/A逐渐减小,对于扭曲三叶管是D1和dt的减小)以及导程的减小,扭曲管努赛尔数和阻力系数逐渐增大,综合性能升高,在所研究的对象范围内,截面为28×9.6,导程为150mm的扭曲椭圆管和截面为10×5,导程为100 mm的扭曲三叶管的综合性能是最好的;Pr数对扭曲椭圆管和扭曲三叶管的努赛尔数影响较大而对阻力系数基本没有影响,在Pr<100时,随着Pr数的增大扭曲椭圆管和扭曲三叶管的努赛尔数增长较快,综合性能提升很明显,之后趋于平缓;随着雷诺数的增大,努赛尔数呈递增趋势,阻力系数降低。综合性能先增大后逐渐减小,在Re=1000～2000左右达到最高。
本文根据Re=2000～20000范围内扭曲椭圆管计算所得到的104组数据和扭曲三叶管计算所得到的88组数据,通过多元线性回归得到了对应扭曲管的传热和流阻关联式。
扭曲椭圆管管内传热与流阻的无因次关联式为:Nu=1.6499Re0.7580Pr0.3785(A/B)0.2971(S/de)-0.1987f=2.1557Re-0.4047(A/B)0.3224(S/de)-0.2213扭曲三叶管管内传热与流阻的无因次关联式为:Nu=2.1210Re0-7429Pr0.3852(D1/d)-0.4261(S/de)-0.2184f=2.1472Re-0.4035(D1/d)-0.4446(S/de)-0.2188对扭曲管换热器壳程的研究表明合理的设计管束与壳体间隙结构可以有效提高其传热性能。综合考虑换热器管程和壳程特性,在相同性能下扭曲三叶管换热器比扭曲椭圆管换热器的管束更为紧凑。
扭曲椭圆管;换热器;流阻性能;传热性能;湍流模型
郑州大学
硕士
化工过程机械
王定标
2012
中文
TQ051.5
95
2012-09-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）