恒壁溫工況下螺旋管內(nèi)流體流動及傳熱性能模擬研究.pdf

1、螺旋管即可作為纏繞管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)，亦可單獨作為一種換熱設(shè)備，具有換熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、可自伸縮性等優(yōu)點，在石油化工、低溫制冷、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。螺旋管作為一種高效換熱設(shè)備，一直是強化傳熱領(lǐng)域關(guān)注的焦點。目前對于螺旋管的相關(guān)研究主要集中在圓形截面，關(guān)于矩形截面螺旋管內(nèi)流體流動及傳熱性能方面的研究鮮有報道，同時從場協(xié)同角度分析螺旋管強化傳熱內(nèi)在機理的研究亦不多見。
　　本文總結(jié)了國內(nèi)外螺旋管的研究現(xiàn)狀，簡單介紹了強化傳

2、熱技術(shù)及場協(xié)同理論。在前人的基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)值計算方法，建立了三維螺旋管物理及數(shù)學(xué)模型，根據(jù)Fluent軟件工作流程，分別計算了恒壁溫工況下，圓形截面及矩形截面螺旋管內(nèi)流體在層流、湍流時的流動及傳熱情況，通過管內(nèi)流體的平均努塞爾數(shù)Nu及進出口壓降損失ΔP來評價不同幾何參數(shù)下這兩種截面螺旋管的傳熱及流阻性能。引用綜合性能評價因子η，對比分析了管內(nèi)流體平均速度v、螺距P、螺旋直徑D及橫截面積對兩種截面螺旋管的流阻、傳熱及強化傳熱性能的影響?？?/p>

3、慮了在橫截面積相等的情況下，改變矩形截面形狀對管內(nèi)流體的流動、傳熱及強化傳熱性能的影響。從場協(xié)同的角度，對這兩種截面螺旋管強化傳熱的內(nèi)在機理進行了對比分析，并通過速度場與溫度場之間的夾角對比分析了兩種截面螺旋管內(nèi)流體的協(xié)同性能隨螺距、螺旋直徑、及橫截面積的變化規(guī)律。
　　結(jié)果表明，這兩種截面螺旋管內(nèi)流體在層流、湍流流態(tài)下流動時均會出現(xiàn)二次流現(xiàn)象，靠近入口處，二次流對管內(nèi)流體流動及傳熱的影響基本可忽略不計，隨著轉(zhuǎn)角上升，二次流作用加