內凸式螺紋管管程流動與傳熱過程數(shù)值模擬研究與熵產(chǎn)特性分析.pdf

1、能源緊缺已成為當今全世界必須面對的嚴峻挑戰(zhàn)，其主要根源在于能源資源的不合理低效利用造成了巨大的能源浪費。為了提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本，同時減少對生態(tài)環(huán)境的污染，開發(fā)新型高效清潔的換熱器已成為強化換熱技術中的一個重要研究方向。本文以提高換熱器的強化換熱性能為目標，采用數(shù)值模擬方法研究了內凸式螺紋管的流動與傳熱特性及熵產(chǎn)特性，主要進行了如下研究：（1）采用數(shù)值模擬方法研究了入口雷諾數(shù)Re、螺紋深度H和螺紋間距P對內凸式螺紋管管程流動與傳

2、熱特性的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)傳熱性能隨著P的增大而降低，在低Re區(qū)域隨著Re和H的增大而提高，在高Re區(qū)域則相反；阻力性能隨著Re和H的增大而下降，隨著P的增大而上升；綜合傳熱性能在低Re區(qū)域隨著Re和H的增大而上升，隨P的增大而降低，在低Re則情況相反。
　?。?）研究管程局部流動與傳熱特性的空間分布規(guī)律，揭示了螺紋結構強化換熱的機理。結果表明，內凸式螺紋管的螺紋結構會擾動和破壞管程的速度邊界層和溫度邊界層，加劇流體湍動程度，增強流體

3、摻混能力和熱擴散能力，從而實現(xiàn)強化換熱的目的。
　?。?）對比研究了內凸式螺紋管和內凸式波節(jié)管管程的流動與傳熱特性，結果表明這兩種管型具有相近的換熱性能，但內凸式螺紋管具有更優(yōu)異的阻力性能，因而也具有更佳的綜合傳熱性能。在此基礎上，對內凸式螺紋管與波節(jié)管的流動與傳熱機理進行了對比分析，結果表明波節(jié)管對管程流體的擾動僅局限于間斷的波節(jié)區(qū)域，而螺紋管對流體的擾動和破壞則跟隨螺紋結構的旋進而貫穿整個流域。因此，內凸式螺紋管具有更優(yōu)的流動

4、與傳熱性能。
　　（4）通過編寫用戶自定義函數(shù)（UDF），研究了內凸式螺紋管管程流動與傳熱過程的熵產(chǎn)特性，分析了不可逆損失的產(chǎn)生機理。結果表明，管程總不可逆損失、傳熱過程不可逆損失和粘性耗散過程不可逆損失隨著Re和H的增大而增大，隨著P的增大而減小，傳熱不可逆損失份額的變化趨勢則剛好相反。并且發(fā)現(xiàn)，H對不可逆性能的影響最大，Re次之，P最小。
　?。?）研究了內凸式螺紋管和內凸式波節(jié)管管程不可逆性能的異同，發(fā)現(xiàn)二者的傳熱不可