三維內(nèi)肋管紊流換熱和阻力特性的實驗和模擬研究.pdf

1、換熱器作為回收余熱和廢熱、提高熱能利用率的主要設(shè)備，其換熱性能和動力消耗關(guān)系到整個系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和節(jié)能降耗水平，而傳熱管作為換熱器中的核心元件，其結(jié)構(gòu)對換熱器的傳熱系數(shù)影響頗大。本文以實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對一種高效強化換熱管——三維內(nèi)肋管的管內(nèi)流動和強化換熱進行研究。
　　實驗以空氣為工質(zhì)，利用正交設(shè)計實驗對雷諾數(shù)在25000~110000范圍時，直徑為89mm和102mm兩種大管徑三維內(nèi)肋管的紊流換熱和流動特性進行研究。

2、以Webb定義的熱力性能系數(shù)作為強化指標(biāo)，采用極差法和方差法對影響三維內(nèi)肋管熱力性能系數(shù)的因素——肋寬、肋高、肋間距和肋密度進行分析，得出三維內(nèi)肋管的優(yōu)化方向，優(yōu)選出最佳管型，最后采用最小二乘法回歸出努謝爾特數(shù)與范寧摩擦系數(shù)關(guān)于雷諾數(shù)和三維管肋參數(shù)的實驗關(guān)聯(lián)式。結(jié)果分析表明，三維內(nèi)肋管的綜合特性優(yōu)于相同管徑的光管，換熱系數(shù)最高可達(dá)光管的3.15倍，熱力性能系數(shù)最高可達(dá)光管的1.45倍，驗證了大管徑三維內(nèi)肋管在管式換熱器中運用的可行性；在

3、影響三維內(nèi)肋管的各主要參數(shù)中，肋密度對流動換熱特性的影響最大，肋高有一定的影響，肋間距次之，肋寬最小，為今后強化管參數(shù)設(shè)計提供了優(yōu)化方向。
　　數(shù)值模擬采用ANSYS CFX和FLUENT軟件，選取直徑為102mm的光管和三維內(nèi)肋管，對兩根管進行流動和換熱的模擬，對比分析相同工況下的壓力場、速度場、溫度場。結(jié)果表明：空氣流經(jīng)肋時發(fā)生繞流，在肋間的近壁面處加速，除具有軸向速度外還具有周向速度和徑向速度，增加了流體流動的湍流度，減薄了