下行换热管内置间隔扭带和螺旋线圈强化传热实验研究

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强化传热技术在化工、动力、制冷、核反应等领域得到广泛应用,特别是在节能和余热回收方面。强化传热技术分为主动和被动两类,被动强化传热技术因不需要额外动力在工程中得到普及,扭带、螺旋线圈等螺旋流元件是被动强化传热技术的重要组成部分。本文以水为工质在圆管内分别插入18种间隔扭带、10种螺旋线圈和14种间隔扭带与螺旋线圈的复合元件进行传热和流阻特性实验研究。为了研究元件几何参数对传热和流阻性能的影响,以扭带的扭率(Y=4~6)、宽度(D=17~23mm)、长度比(S=0.4~0.6)、段数(N=3~9)和螺旋线圈的螺距(P=15~48mm)、线径(e=0.711~2.032mm)为变量进行实验测试。研究结果表明,在8000<Re<65000范围内,管内插入间隔扭带后Nu数提高16.17%~22.53%,压降为空管压降的1.2~1.46倍;管内插入螺旋线圈后Nu数提高38.87%~92.15%,压降为空管压降的1.7~7.78倍;管内插入复合元件后Nu数提高54.08%~89.53%,压降为空管压降的3.08~6.92倍。间隔扭带与螺旋线圈复合强化传热时的传热系数大于单独使用两者时的传热系数。实验发现强化传热元件的几何参数对传热和流阻性能有重要影响,例如螺旋线圈的丝径对传热和阻力性能的影响比螺距强,复合强化传热中螺旋线圈的丝径和螺距是影响传热和阻力性能的主要因素。通过多元回归,拟合了Nu数、摩擦阻力系数和压降增量的关联式,为换热器的设计和改造提供了实验依据。本文以综合评价因子Φ值最优为目标,发现当Re<40000时,螺旋线圈和复合强化元件的综合性能比间隔扭带的性能优。
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