内插半圆边槽扭带换热管强化传热的实验与数值模拟研究

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换热器的强化传热技术是当今节能研究的重要分支之一。近年来,随着计算机的普及和不断更新,对强化传热问题的研究方法从单纯的实验逐渐转向实验与模拟相结合的方法。本文以水为工质,通过实验和数值模拟两种方法,研究了内插半圆边槽扭带换热管中的流体流动和传热情况。实验结果表明,内插半圆槽扭带换热管的摩擦阻力系数与空管相比增大了1%~39.5%,努塞尔准数相比空管提高了0.93%~21.28%。对实验数据进行回归分析,得到了压力降、摩擦阻力系数以及努塞尔数与扭率、槽径、槽距比和流速等的关联式。通过对扭带管流场和温度场的模拟,分析了流体在管内流动时的压力、速度、温度以及传热系数的分布情况。模拟结果表明,插入边槽扭带后,边槽位置处出现明显的漩涡。扭带管内流体压降与空管相比增大23%-58%,其轴向速度在扭带半宽度尺寸对应半径范围内比空管的轴向速度小,而扭带与管内壁之间流域的轴向速度则比空管大,有利于减薄边界层。且槽径越大,槽距比越小,流体压力降越大;扭率越小,槽径越小,流体周向速度越大。传热模拟结果表明边槽扭带换热管平均传热系数明显大于空管,插入边槽扭带管的平均表面传热系数和空管相比提高了12.4%~15.3%。槽径越大,传热系数越大;槽距比越小,传热系数越大。
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