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换热管内置开三角形边槽扭带的试验及流场数值模拟研究

詹三江  
【摘要】:换热器是实现节能降耗的关键设备,其换热性能和动力消耗直接影响到生产效率和节能降耗的水平。传热过程的强化技术是节能技术的重要组成部分,强化传热技术的应用可以有效地提高换热器的传热效率和能源的利用效率。 本文以水为介质,试验研究了换热管内置开三角形边槽扭带和开孔扭带的阻力特性和传热特性,并与空管作对比分析。试验结果表明,在试验范围内,开三角形边槽扭带结构的压力降是空管的1.94-2.23倍,开孔扭带的压力降是空管的1.62-2.14倍;另外,所有扭带的压力降均随着扭率的减小而明显增大。扭带的转速均随着流速的提高而线性增大,其中型号为20-5-60。的开三角形边槽扭带的转动效果最好。在传热效果方面,相同条件下,开60°边槽扭带的努赛尔数均大于其他扭带结构的努赛尔数。通过对试验数据进行多元线性回归分析,分别拟合出压力降、摩擦阻力系数、转速、传热系数以及努赛尔数的回归方程式。 此外,本文还对6种不同结构类型扭带进行了流场数值模拟研究。模拟结果表明,开三角形边槽扭带的槽片结构增强了管内流体的横向流动,其产生的扰流作用使流体在扭带的两侧形成了2-3个明显的漩涡,有效的减薄了流体边界层的厚度,但同时也导致了开三角形边槽扭带的压力降大于开孔扭带和光滑扭带。开孔扭带的圆孔结构也有利于流体的湍动,但扰流作用不是很明显。通过对开槽处和开孔处的流场分析,发现流体在开孔处存在压力降突变现象,而在开槽处则出现流速突变的现象。


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