螺旋內(nèi)肋扭曲管換熱器性能分析及多目標(biāo)優(yōu)化研究.pdf

1、在管內(nèi)插入物技術(shù)和異型強化換熱管技術(shù)這兩種強化換熱技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，提出螺旋內(nèi)肋扭曲管這種新型強化換熱管。管束內(nèi)部獨特的螺旋內(nèi)肋結(jié)構(gòu)能夠?qū)诿鎱^(qū)域的流體產(chǎn)生擾動，管束外部的螺旋扭曲形狀能夠使管外流體產(chǎn)生螺旋流動，兩者均能增強流體間的混合程度，增強換熱效果。采用數(shù)值模擬的方法，對螺旋內(nèi)肋扭曲管換熱器的管程和殼程進(jìn)行傳熱和流阻性能的分析及多目標(biāo)優(yōu)化研究。主要的工作內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）對螺旋內(nèi)肋扭曲管、螺旋扭曲管和圓管的傳熱流

2、阻性能進(jìn)行對比分析，得出螺旋內(nèi)肋扭曲管具有優(yōu)于螺旋扭曲管和圓管的綜合換熱性能。在雷諾數(shù) Re為2300~50000范圍內(nèi)，其努賽爾數(shù)Nu隨雷諾數(shù)Re的增大而增大，最小為50.87，最大為481.33，相同雷諾數(shù)Re下始終高于螺旋扭曲管和圓管；其阻力系數(shù)f隨雷諾數(shù)Re的增大而減小，最小為0.043，最大為0.114，但在相同雷諾數(shù)Re下高于螺旋扭曲管和圓管；其等泵功準(zhǔn)則下的綜合評價指標(biāo)PEC隨雷諾數(shù)Re的增大而減小，最小為1.15，最大為

3、1.62，相同雷諾數(shù)Re下始終高于螺旋扭曲管；其熱勢容差-火積變化量ΔE隨雷諾數(shù)Re的增大而減小，相同雷諾數(shù)Re下始終高于螺旋扭曲管和圓管。
　?。?）對螺旋內(nèi)肋扭曲管進(jìn)行單因素變量分析，得出螺旋內(nèi)肋扭曲管在長半軸a為11~14mm、導(dǎo)程s為100~250mm、肋高h(yuǎn)為0.6~1.2mm、肋角c為60°~150°、肋數(shù)n為4~16范圍內(nèi)，其換熱管內(nèi)綜合換熱性能隨長半軸a的增大而增大，隨導(dǎo)程s的增大而減小，隨肋高的增大而增大，隨肋角

4、的增大而減小，隨肋數(shù)的增大而增大。
　?。?）對螺旋內(nèi)肋扭曲管進(jìn)行基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化研究，綜合考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)長半軸a、導(dǎo)程s、肋角c和流動參數(shù)v對其傳熱流阻性能的影響，得到其最優(yōu)參數(shù)組合為長半軸a為12.28mm、導(dǎo)程s為140.17mm、肋角c為103.15°、進(jìn)口速度v為2.77m/s，其努賽爾數(shù)Nu為661.69、阻力系數(shù)f為0.045、綜合評價指標(biāo)PEC為1.70。
　?。?）對由7根螺旋內(nèi)肋扭曲管組成的螺旋內(nèi)肋

5、扭曲管換熱器殼程進(jìn)行單因素變量分析，得出在長軸A為27~33mm、導(dǎo)程S為100~250mm范圍內(nèi)，其殼程綜合換熱性能隨長軸A的增大而增大，隨導(dǎo)程S的增大而減小。
　?。?）對螺旋內(nèi)肋扭曲管換熱器殼程進(jìn)行基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化，綜合考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)長半軸a、導(dǎo)程s和流動參數(shù)v對其傳熱流阻性能的影響，得到其最優(yōu)的參數(shù)組合為長半軸a為15.86mm、導(dǎo)程s為139.98mm、殼程進(jìn)口速度v為1.17m/s，其殼程努賽爾數(shù)Nu為128.0