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管内核心流区域对流传热强化实验研究

赖凤麟  
【摘要】: 本文通过对管内强化对流换热机理的分析,将强化换热的重点转移到管内流动的核心流区域,提出了在管内的流动核心区布置横竖交叉成“十”字型细杆进行强化传热的方法,提高对流换热系数,降低流体流动阻力,同时,要使实验装置紧凑,尽可能的减少成本。 之后,对实验方案进行分析,组建实验台架,以水作为工质,对方管和圆管进行了传热和阻力性能实验,实验雷诺数范围为Re=1000~8500,并测量实验段压降和换热系数,将其与光管作比较。 实验结果表明:方管强化管内传热系数比光管时平均增加了220%,压降增大了650%。而圆管时强化管传热系数平均增加190%,压降比光管时增大了600%。整个实验结果中,层流范围内PEC值均大于1,在湍流范围内则在“1”附近波动。这表明,通过在受限空间充分发展段(管内核心流中心区域)布置细杆后,可以影响流体的流场和温度场,造成一个温度分布非常均匀、速度变化较为明显的核心区域,同时,在换热壁面附近造成一个温度和速度变化均比较显著的边界层区域。可以看出,流体换热Nu明显增加,而阻力增加不大,层流范围内效果较湍流时显著。这种特征的流场和温度场是使换热得到明显强化,而阻力增加不大,造成换热设备PEC值明显增大的根本原因。 最后,由实验数据归纳出对流换热努塞尔数Nu与流动阻力系数f随雷诺数Re的变化规律,并对整体换热性能的评价准则进行了分析,为核心流区域强化换热理论的广泛应用提供了依据。由于现有的工业换热设备中的流体流动都属于受限空间,因此,本文提出的提高换热管性能的方法可望得到普遍应用。


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1 赖凤麟;管内核心流区域对流传热强化实验研究[D];华中科技大学;2007年
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