论文部分内容阅读
管壳式换热器是动力、能源、冶金、化工行业的关键通用设备,壳侧热阻在很多工业应用情况下起到控制热热阻力做用,强化壳侧传热具有非常现实的意义,管程的传热强化有赖于复合强化。旋流片能使流体产生旋流运动,并在下游形成较长距离的自旋流,该自旋流具有高效低阻的特点,并且能与缩放肋板流道起到良好的复合强化传热的效果。
本章首先模拟了缩放肋板的传热,从模拟可以得到速度场,温度场及压力场的变化,我们可以看到速度场和温度场的协同状况改善是缩放肋板强化传热的一个根本原因。收缩段减薄了边界层的厚度,增大了温度梯度,且热流场与速度场的协同关系较好,故能强化传热,在扩张段使流动边界层增厚,温度梯度减小,且矢量场不能协同配合,流动引起负热流,反而消减了流体的换热能力。在模拟的基础上进行了实验研究,对缩放肋板的传热与流阻进行了实验测量,得到了传热的实验关联式,并就推导出来的评价公式,进行了传热评价,发现综合因子η都在1.0以上,随着Re数的上升,综合因子有下降的趋势。
实验研究了平板内旋流片产生的自旋流下游的衰减特性,从实验中可以发现,影响自旋流衰减的因素有旋流片的几何结构尺寸、壁面粗糙程度、Re数的大小等。平板内局部Nu数沿主流方向逐渐减小,且减小的速度随着Re数的增加而减小,初始涡流强度随着Re数的提高而增强；壁面越粗糙,衰减越快,相比光滑平板,缩放肋板的传热衰减要快。局部阻力系数fs随Re数的增大而增大；旋扭的扭率越大、旋转角越大阻力系数越大；也沿主流方向逐渐减小；与传热衰减不同的是,阻力的衰减在相同条件下,要快于传热的衰减；正是因为自旋流存在着这一特点,对传热的强化极为有利,可以在不致于阻力增加很多的情况下,传热得到最大的强化。
基于自旋流的衰减特点,我们要找到一个最佳的自旋流下游长度、旋流片最佳几何结构尺寸。从实验中可以得出,无论哪种旋流片,传热综合因子最高的位置是Lp=560mm处,即Lp=9.68de位置的传热效果最好。对比不同扭率,不同旋转角度的旋流片,我们得到Y=4.2旋转角度α=180°的旋流片强化传热效果最显著。