新型涡流发生器强化传热的实验研究

【摘要】： 本文通过对涡旋特别是流向涡——端部涡和马蹄涡系发生、发展以及强化传热机理的研究，提出了一种新型的涡流发生器——斜截椭圆柱体涡流发生器，并分析讨论了此涡流发生器几何结构和尺寸的确定方法，同时指出该涡流发生器实现了能够同时产生端部涡与马蹄涡系以取得更好的强化换热效果，且由于涡流发生器迎流面的曲线造型，减小了对来流的阻力，进而降低流体压力损失。本文建设了实验测试系统，并对几种型式涡流发生器进行了实验研究。实验研究包括对比性实验和优化实验两部分。在相同的共性条件下，对直角三角翼、梯形翼、矩形翼、斜截圆柱体、斜截椭圆柱体等涡流发生器作用下的传热和阻力特性进行了实验研究。实验结果表明，斜截椭圆柱体的综合换热效果最好，虽然在紊流状态下，矩形翼的强化换热效果可以和斜截椭圆柱体相媲美，但其压力损失最大，是后者的3.5倍。实验证实了斜截椭圆柱体是一种具有良好强化传热效果又低压降特性的新型涡流发生器。在此基础上，本文又进行了优化实验，确定该涡流发生器的最佳几何尺寸和流向位置参数，指出在实验条件下，斜边倾角α=20°，迎流攻角β=45°时，该涡流发生器强化传热效果最好。本文最后对斜截椭圆柱体的实验工况进行了多元回归，得出了准则实验关联式，为该新型涡流发生器的工程应用提供了设计依据。