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管内强化传热技术广泛应用于各个工业领域中。作为一种被动强化传热技术,管内插入螺旋扭带是一种简单而有效的方法。扭带能改变流体流动的流道,减小边界层厚度,从而起到强化传热的作用。但扭带的插入也会增大管道的摩擦阻力系数。因此,目前国内外的研究重点是通过改变扭带的形状来平衡Nu数和摩擦阻力系数f,以获得更高的综合性能指标PEC (performance evaluation criteria)。本文提出了一种新型扭带,并采用数值模拟和实验研究的方法,研究了扭带对管内对流传热和流阻特性的影响。在数值模拟过程中,对于流体层流状态(Re从519到2078)和湍流状态(Re从6197到20135),本文均使用了均匀壁温的热边界条件,并且使用了无缺口扭带作为对比。结果显示,在湍流状态下,插入新型扭带后的Nu数和摩擦阻力系数f分别是光管的1.18-1.50和2.65-3.22倍,且插入扭带与光管的努塞尔数比值Nu/Nu0随着Re的增大而减小,说明扭带在较弱湍流状态下的强化传热效果更好。缺口扭带的综合性能指标为0.86-1.02,是无缺口扭带的1.09-1.17倍。在层流状态下,缺口扭带所引起的综合性能指标分别是光管和无缺口扭带的1.34-1.78和1.09-1.17倍。可以看出,无论是层流状态还是湍流状态,缺口扭带强化传热效果更好,且节约材料,因此推荐有缺口的新型扭带,本文实验部分使用的扭带均为有缺口的扭带。在实验过程中,由于实验系统的限制,本文只对流体湍流状态(Re从11335到27285)进行了实验。共使用了四种不同长度的扭带,即扭带长度与管长度比值L/l为1.0、0.75、0.5和0.25的扭带。结果显示,Nu数随着Re数的增大而增大。相对于光管,扭带起到了强化传热的作用,在相同Re数下,四种扭带所得到的Nu数均大于光管。插入扭带后得到的摩擦阻力系数也大于光管,尤其是L/l为1.0和0.75的两种扭带,分别为光管的3.69-5.75和2.30-4.48倍。L/l为1.0、0.75、0.50和0.25的扭带所引起的综合性能指标分别是0.94-1.06,0.82-0.94,0.89-1.04和0.89-1.06。本文最后还对实验数据进行拟合,得到了管内插入新型扭带后湍流状态下Nu数和f的特征数方程,为后续的研究提供了理论基础。从数值模拟和实验研究可以发现,本文中的扭带能起到强化传热的作用,尤其是在弱湍流状态下,这符合强化对流传热的物理机制。因此后续的研究要着重于层流状态和弱湍流状态下,扭带对管内对流传热和流阻特性的影响。