换热通道内曲面涡产生器强化换热数值研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yipan1975
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在换热通道中安装涡产生器是一种高效的无源强化传热方法,涡产生器产生的纵向涡破坏边界层,使得冷热流体更好的混合,从而达到强化传热的目的。涡产生器的攻击角、高度、形状、位置以及曲率等参数都会影响纵向涡的大小。目前,关于曲面涡产生器的研究较少,对曲面三角翼型涡产生器的研究甚至更少,未曾报道过曲面三角翼型涡产生器等弧长的曲率对板翅式翅片传热影响的研究以及曲面三角翼型涡产生器位置对管翅式翅片传热影响的研究。因此,本文数值研究了曲面三角翼型涡产生器的曲率对板翅式翅片传热的影响,发现存在最佳涡产生器的曲率使得翅片换热性能最佳,除此之外,还研究了曲面三角翼型涡产生器的横向位置及纵向位置对管翅式翅片传热的影响。本文通过数值模拟研究得出以下结论:曲面三角翼型涡产生器的曲率对板翅式翅片传热影响的数值研究结果表明:曲率的变化影响换热通道的传热流动特性。凹型涡产生器的换热效果强于平直涡产生器的换热效果,而平直涡产生器的换热效果强于凸型涡产生器的换热效果。存在最佳曲率的涡产生器,使得板翅式翅片的传热流动特性达到最佳。与光通道相比,最佳曲率涡产生器的平均努塞尔数Nu和综合强化传热评价因子JF最大分别增加了34.4%和16.5%。不同曲率涡产生器之间的平均努塞尔数Nu和综合强化传热评价因子JF最大分别相差22.9%和11.2%。曲面三角翼型涡产生器的横向位置对管翅式翅片传热影响的数值研究结果表明:不同的横向位置对管翅式翅片传热的影响不同。当涡产生器从初始位置向上移动时,平均努塞尔数Nu和综合强化传热评价因子JF均逐渐减小,这意味着涡产生器向上移动时,不利于翅片换热。当涡产生器从初始位置向下移动时,低雷诺数时的Nu和JF逐渐减小,高雷诺数时的Nu和JF先增大后减小,存在最佳的横向位置使翅片换热性能达到最优。与初始位置相比,Nu和JF最大分别增加了1.28%和1.38%。不同横向位置之间的Nu和JF最大相差16.9%和16.0%。曲面三角翼型涡产生器的纵向位置对管翅式翅片传热影响的数值研究结果表明:纵向涡的强度和翅片传热明显受到涡产生器纵向位置的影响。涡产生器存在最佳的纵向位置,可实现最优的传热性能。与光通道相比,最佳纵向位置的平均努塞尔数Nu和阻力系数f分别增加了15.2%43.9%和12.2%15.7%。与初始位置相比,最佳纵向位置的努塞尔数Nu和阻力系数f分别增加了5.4%9.8%和4.8%12.2%,强化传热评价因子JF最大增加了8.1%,最高可达1.38。努塞尔数Nu与纵向涡强度Se之间存在良好的对应关系,这意味着二次流的强度决定了传热。该研究结果对曲面三角翼型涡产生器的翅片管换热器的设计和优化具有重要意义。
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