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柱面翼涡发生器强化直接空冷凝汽器传热特性数值模拟

杨来顺  
【摘要】:将涡流发生器与直接空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管相结合,通过数值模拟的方法,利用综合因子(j/j0)(f/f0)1/3研究了Re=600~1800范围内,矩形小翼、三角小翼、梯形小翼、柱面梯形翼、柱面三角翼和柱面矩形翼等六种涡流发生器强化蛇形翅片通道换热效果和流阻性能。数值方法及结果进行实验和网格无关性验证,以保证模拟方法可靠性。进一步,考察了柱面梯形翼倾角、攻角、位置、布置方式以及排数的影响。 模拟结果表明:在六种涡流发生器中,矩形小翼的强化换热效果及压降增大得最多,最大时相比平直翅片分别增加了14.27%和18.32%。Re=1729时,柱面梯形翼的压力损失比矩形小翼少4.7%,换热低1.5%,因此以(j/j0)(f/f0)1/3作为综合换热性能评价标准时,柱面梯形翼在所研究的六种涡发生器中的综合换热性能最好。进一步在对柱面梯形翼的影响参数研究中发现:对于单个柱面梯形翼,在所研究的范围内,倾角a=12°、攻角β=30°、距管壁c=2mm、距入口b=50mm、前低后高近管壁布置综合性能最好;对于单排一对柱面梯形翼,前沿间距为11mm时的综合性能好于3mm情形;三排布置时错列好于顺列。 根据计算结果拟合了柱面梯形翼在单排蛇形翅片扁管中的Nu数与Re数、倾角、攻角、距管壁距离和距翅片入口距离的无量纲关联式,为布置柱面梯形翼的单排蛇形翅片扁管工程设计和优化提供了依据和参考。 最后,使用效能-传热单元法计算发现,在翅片出口空气温度不变时,加装柱面梯形翼能够使直接空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管换热面积减少12.54%,具有一定的工程意义。


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