管內(nèi)強化換熱的理論和實驗研究.pdf

1、管內(nèi)強化換熱技術(shù)廣泛使用于各種工業(yè)領(lǐng)域中,傳統(tǒng)的技術(shù)都是在經(jīng)驗方法上設(shè)計出來的,缺少一種有效的設(shè)計理論提供指導(dǎo),因而存在很大的局限性。設(shè)計理論的缺乏也是強化換熱研究領(lǐng)域目前面臨的一個瓶頸,國內(nèi)外眾多學(xué)者都在努力尋找理論的突破。本文對管內(nèi)強化換熱的機理進行深入探討,通過變分法推導(dǎo)出了速度場和溫度場的優(yōu)化設(shè)計方程。從方程的求解結(jié)果提出了指導(dǎo)流場設(shè)計的細分流場思路,有別于原來對流場進行整體擾動的傳統(tǒng)強化換熱思路。此外,本文也對管內(nèi)插入物的減阻

2、方式進行了研究,提出了減小迎風面積的減阻思路。
　　分別以細分流場和減小迎風面積思路為指導(dǎo),設(shè)計出了四對稱渦發(fā)生器、中空扭帶、單邊扭帶、錐形片和T形錐片等新型強化換熱元件,對換熱和阻力特性進行了數(shù)值分析和實驗研究。通過數(shù)值模擬對單渦結(jié)構(gòu)、螺旋扭帶、四同向渦結(jié)構(gòu)和四對稱渦結(jié)構(gòu)的對比發(fā)現(xiàn),四對稱渦結(jié)構(gòu)具有最好的性能,從一定程度上驗證了細分流場的適用性。在實驗的雷諾數(shù)范圍內(nèi)(Re從5000到30000),四對稱渦發(fā)生器的綜合性能系數(shù)PE

3、C為0.85到1.08。攻角和前后間距對換熱和阻力都具有較大影響,攻角越大,前后間距越小,則換熱和阻力也就越大。由于插入物的振動,在一定條件下會出現(xiàn)小攻角換熱更強的特殊現(xiàn)象。通過數(shù)值模擬對中空扭帶和窄邊扭帶的對比發(fā)現(xiàn),兩者都能夠有效減小流動阻力,但是窄邊扭帶對換熱效果也有較大削弱,導(dǎo)致綜合性能下降。中空扭帶比傳統(tǒng)扭帶的PEC值最大提高了14％,單邊扭帶的PEC值比中空扭帶的略高。錐形片插入物也具有比較好的改進效果,實驗測得,Re≈130