正反扭轉(zhuǎn)扭帶在圓管內(nèi)層流換熱特性探究.pdf

1、碩士學(xué)位論文正反扭轉(zhuǎn)扭帶在圓管內(nèi)層流換熱特性探究TheStudyontheHeatTransferandFrictionCharacteristicsofLaminarFlowinCircularTubewithLeftrightTwistedTape學(xué)21310032完成日期：壘Q!魚生Q墨月大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要換熱器的強(qiáng)化傳熱一直是工程和科研中的熱點(diǎn)問(wèn)題，螺

2、旋扭帶作為一種被動(dòng)強(qiáng)化管內(nèi)換熱的技術(shù)，憑借其在換熱和除垢方面的優(yōu)勢(shì)，逐漸被人們研究并應(yīng)用。本文旨在探究一種新的變化形式的螺旋扭帶在層流條件下的圓管內(nèi)強(qiáng)化換熱和摩擦特性，這種新的變化方式是結(jié)合正反扭轉(zhuǎn)方式和扭帶切口的方式。本文采用數(shù)值模擬配合實(shí)驗(yàn)探究的手段，對(duì)各類型扭帶進(jìn)行具體的探究。數(shù)值模擬中，分別采用了光管、內(nèi)插傳統(tǒng)扭帶、內(nèi)插正反扭轉(zhuǎn)扭帶和內(nèi)插帶切口的正反扭轉(zhuǎn)扭帶4種結(jié)構(gòu)，而對(duì)于各種類型的扭帶又分別設(shè)置3種不同的節(jié)距進(jìn)行對(duì)比，分別為Y

3、=42mm，Y=63111111和Y=84rtlm，對(duì)應(yīng)的節(jié)距比y／w=30，45和60。通過(guò)速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分析發(fā)現(xiàn)，插入扭帶使得管內(nèi)流體的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布的更加均勻，有效地增大了管內(nèi)流體的縱向運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)了流體的混合，同時(shí)也破壞了層流邊界層，有效降低熱阻，從而使得出口溫度升高，提高了換熱Nusselt數(shù)。同時(shí)，由于強(qiáng)烈的阻流作用，管內(nèi)的摩擦系數(shù)也相應(yīng)增大。相比傳統(tǒng)扭帶，插入正反扭轉(zhuǎn)扭帶使得換熱管得到更高的換熱Nusselt數(shù)、摩擦系

4、數(shù)廠和綜合性能指數(shù)PEC，其中y／w=30的正反扭轉(zhuǎn)扭帶強(qiáng)化效果最好，其換熱Nusselt數(shù)為光管的272375倍，摩擦系數(shù)廠為光管的587642倍，相應(yīng)的綜合性能指數(shù)PEC為151203。而y／w=30的帶切口的正反扭轉(zhuǎn)扭帶在提高換熱Nusselt數(shù)上與正反扭轉(zhuǎn)扭帶相差不大，為光管的214361倍，其摩擦系數(shù)廠相比則有較大的降低，為光管的505570倍，相應(yīng)的PEC為125—202。實(shí)驗(yàn)中，采用y／w=30的帶切口的正反扭轉(zhuǎn)扭帶的單類

5、型扭帶，采用在內(nèi)管入口處設(shè)置4種不同長(zhǎng)度的方式進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別為1／4長(zhǎng)、半長(zhǎng)、3／4長(zhǎng)和全長(zhǎng)扭帶。結(jié)果表明，全長(zhǎng)扭帶在強(qiáng)化換熱上變現(xiàn)較優(yōu)，其換熱Nusselt數(shù)是光管條件下的192—380倍，摩擦系數(shù)是光管條件下的369630倍，最高的PEC達(dá)到了206。文章最后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的多項(xiàng)式擬合，分別得到了換熱Nusselt數(shù)和摩擦系數(shù)廠的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，這對(duì)今后在該類型扭帶的研究，有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：強(qiáng)化換熱；正反扭轉(zhuǎn)扭帶；層流；數(shù)值