換熱管內(nèi)置分段式彈簧流動與傳熱的特性研究.pdf

1、換熱管內(nèi)置彈簧插入物作為強化換熱技術(shù)，廣泛應(yīng)用于實際工程中。雖然該技術(shù)可以提高傳熱系數(shù)，但是也會大大地增加管內(nèi)流體壓降和阻力。本文對螺旋彈簧進行分段式處理，主要采用理論分析、數(shù)值模擬及實驗研究相結(jié)合的方法對換熱管內(nèi)置分段式彈簧的流動與傳熱過程進行初步的研究。主要研究的內(nèi)容如下：
　　(1)結(jié)合以往的研究成果，對內(nèi)置分段式彈簧強化傳熱的機理進行探索性研究，通過彈簧動力學理論分析了彈簧的軸向傳播速度與彈簧參數(shù)之間的關(guān)系，得到節(jié)距大、中

2、徑小、絲徑大的彈簧產(chǎn)生的軸向波速大，有利于彈簧發(fā)生振動。結(jié)合場協(xié)同理論，分析了水—水工質(zhì)下光管和內(nèi)置分段式彈簧換熱管分別在不同雷諾數(shù)下的場協(xié)同角之間的關(guān)系。結(jié)果表明采取內(nèi)置分段式彈簧的辦法不僅可以提高傳熱系數(shù)，而且可以降低流體在管內(nèi)流動受到的阻力，對于提高強化傳熱的效率具有一定的指導(dǎo)意義。
　　(2)通過流體分析軟件Fluent對內(nèi)置分段式彈簧換熱管內(nèi)的流場進行數(shù)值模擬，分析了不同長度的分段式彈簧及彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)（節(jié)距、絲徑、中徑

3、）對管內(nèi)流場、傳熱和阻力壓降的影響。模擬結(jié)果表明，當雷諾數(shù)相同時，內(nèi)置分段式彈簧換熱管的Nu數(shù)相對于光管提高了2-4倍，內(nèi)置分段式彈簧管的阻力系數(shù)比內(nèi)置未分段式彈簧換熱管的阻力系數(shù)減小3倍左右。并通過數(shù)值方法分析了不同參數(shù)的分段式彈簧對傳熱的影響，得到采用節(jié)距較大，絲徑較大，中徑較小的分段式彈簧插入換熱管將使傳熱效果更好。該結(jié)論與上一章的理論分析相一致，說明采用內(nèi)置分段式彈簧的方法有利于達到強化傳熱的目的。
　　(3)搭建了PIV

4、實驗平臺，通過粒子成像測速技術(shù)(PIV)對內(nèi)置分段式彈簧管管內(nèi)的流場進行測量，分別研究了不同參數(shù)(節(jié)距、絲徑和中徑)的分段式彈簧對管內(nèi)流場的影響作用。并將所測結(jié)果和光管進行對比，結(jié)果表明內(nèi)置分段式彈簧管的渦量場和速度場分布情況比光管的要好，在軸向和徑向上的速度均有提高，其中軸向速度提高了約1.2~1.6倍，徑向速度呈現(xiàn)出M型的波動變化，管內(nèi)流體的平均速度與雷諾數(shù)呈線性關(guān)系。且內(nèi)置節(jié)距大、絲徑大、中徑小的分段式彈簧管的流動效果最佳，此結(jié)果