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内插自振弹簧换热管脉动流传热特性研究

胡小霞  
【摘要】:在国民经济和工业生产领域中,换热器是一种运用非常广泛的热量交换设备。目前已有学者研究得出了在管内加入内插自振弹簧能够提高强化传热效率,也有学者研究得出了向管内通入脉动流能提高强化传热效率,但将这两者结合起来的研究,至今在国内外都还比较少。据此,本文通过数值模拟和实验研究相结合的方法研究了向内插自振弹簧换热管中通入脉动流情况下的强化传热特性,主要研究工作及结论如下: (1)建立内插弹簧换热管流动与换热数学模型,采用有限体积法进行数值离散,用FLUENT软件对模型进行求解,得到了分别向内插弹簧换热管中通入稳定流和脉动流的流动与传热特性,研究结果表明:相较稳定流工况,脉动流促进换热管壁面附近不断有漩涡的产生、迁移与脱落,增强了管内径向方向(温度梯度方向)能量和质量的输送,起到强化传热的效果。 (2)在层流条件下,对内插弹簧换热管中通入不同参数(频率和振幅)脉动流情况下的传热进行了数值模拟,得到了不同情形下的管内温度场和压力场,分析了不同脉动流参数对流场的影响,即随着脉动流振幅的增大,换热效果越好,最高能够提高58%,而有的脉动流频率能强化传热,有的脉动流频率弱化了传热效果,当f=6HZ时,换热效果最好,f=8HZ时,强化传热系数降低到1.17。 (3)组建内插弹簧换热传热实验平台及换热测控系统,分别向内插自振弹簧换热管中通入稳定流和不同参数(频率和振幅)的脉动流,实验研究结果表明:通入脉动流条件下的传热效果明显好于通入稳定流条件下的传热,且脉动流参数对强化传热效果起决定作用,强化传热系数随着脉动流振幅的增大而增大,随着频率的增大有不同程度的波动,当频率f=6HZ时最大,换热效果最好。该结论与数值模拟结论一致,验证了数值模拟的准确性。


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