【摘 要】
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为了提高管壳式换热器的性能,以达到提高能源使用率、促进节能减排的目的。本文针对波浪片形管内插入物,采取数值模拟的方法,考察雷诺数范围在400到1200内的工况中传统波浪片内插管的换热和流动特性,研究综合换热性能的变化特点。研究发现,内插波浪片的换热管综合换热性能会增强,但随着雷诺数的增加,其增速会减缓。此外,Nu/Nu_0和f/f_0也会随着雷诺数的增加而增加,只是增幅随雷诺数的变化情况有所不同。
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为了提高管壳式换热器的性能,以达到提高能源使用率、促进节能减排的目的。本文针对波浪片形管内插入物,采取数值模拟的方法,考察雷诺数范围在400到1200内的工况中传统波浪片内插管的换热和流动特性,研究综合换热性能的变化特点。研究发现,内插波浪片的换热管综合换热性能会增强,但随着雷诺数的增加,其增速会减缓。此外,Nu/Nu0和f/f0也会随着雷诺数的增加而增加,只是增幅随雷诺数的变化情况有所不同。波浪片结构诱发的纵向涡流的个数、位置、影响范围,流线的曲率是影响波浪片内插换热管综合换热性能的关键因素。波浪片的带宽以及对波浪片的形状有重要影响的振幅是影响波浪片内插换热管综合换热性能的两个关键因素。将多岛遗传算法和数值模拟方法结合,在不同雷诺数工况和不同带宽条件下对传统波浪片进行结构优化,结果表明,两种雷诺数条件下,最佳结构均为类正弦结构,但最高点高度和三个位置的优化参数的平均高度均增加,这是因为波浪片结构需要一定的高度保证扰流效果。相比于低雷诺数工况,高雷诺数工况下结构优化后的PEC值增加幅度更大,最高值可达到3.43,相比于优化前的结构可提高30.27%,优化结果更为明显。两种带宽下得到的优化结构同样是类似正弦结构,最高点高度和三个优化参数的平均高度均增加。带宽小的波浪片结构综合性能优化效果更为明显,PEC数最高可以提升20.61%。然而大带宽的最优代结构的PEC数值更大,表现出的综合换热性能更好。带宽增加会使最优代的结构PEC数增加,然而增幅随着带宽的增加而减小。
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