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平直与柱面翼涡发生器冲孔强化换热特性实验研究

冯知正  
【摘要】:涡发生器(VGs)作为一种有效的被动式强化传热元件,其结构设计及传热和流动特性得到广泛关注。本文在已有实验和数值模拟的基础上,实验研究了等热流矩形通道内设置平直和柱面翼涡发生器冲孔前后的强化换热效果及流阻特性,为工程实际应用提供参考价值。 实验雷诺数Re在650~21000范围内,涵盖了层流、过渡流和湍流。通过实验探究了椭圆柱面翼型涡发生器的换热效果及压降特性,并与平直翼型进行对比,以R=(Nu/Nu0)/(f/f0)1/3为综合换热性能的评价因子,进行参数优化,实验结果表明:椭圆柱面三角翼和椭圆柱面梯形翼(α2=20°)的综合换热性能最佳;不同工况时最佳攻角不同,Re=650~2900时,最佳攻角为0°,Re=21000时,最佳攻角为60。;椭圆柱面梯形翼(a2=20。)的最佳前缘间距为S=30mm。根据实验结果拟合了椭圆柱面翼的Nu数与Re数、斜截角α和攻角β的无量纲关联式。 为了改善涡发生器背部回流区换热较弱的特性,通过在平直、柱面翼涡发生器迎流面上冲压圆孔,考察圆孔直径及位置对于换热及流动特性的影响。实验结果得出:层流时,开孔总能达到强化换热的目的,平均Nu数提高约1.2%~6.7%;过渡流时,不同涡发生器存在不同的最佳圆孔直径;湍流时,开孔并不一定能体现其优越性;圆孔横向偏于较高立边时不利于强化换热;圆孔纵向位置越低,越能有效扰动回流区,达到增强换热的目的。


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