管內(nèi)強(qiáng)化換熱的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、管內(nèi)強(qiáng)化換熱技術(shù)廣泛使用于各種工業(yè)領(lǐng)域中,傳統(tǒng)的技術(shù)都是在經(jīng)驗(yàn)方法上設(shè)計(jì)出來的,缺少一種有效的設(shè)計(jì)理論提供指導(dǎo),因而存在很大的局限性。設(shè)計(jì)理論的缺乏也是強(qiáng)化換熱研究領(lǐng)域目前面臨的一個(gè)瓶頸,國內(nèi)外眾多學(xué)者都在努力尋找理論的突破。本文對(duì)管內(nèi)強(qiáng)化換熱的機(jī)理進(jìn)行深入探討,通過變分法推導(dǎo)出了速度場和溫度場的優(yōu)化設(shè)計(jì)方程。從方程的求解結(jié)果提出了指導(dǎo)流場設(shè)計(jì)的細(xì)分流場思路,有別于原來對(duì)流場進(jìn)行整體擾動(dòng)的傳統(tǒng)強(qiáng)化換熱思路。此外,本文也對(duì)管內(nèi)插入物的減阻

2、方式進(jìn)行了研究,提出了減小迎風(fēng)面積的減阻思路。
　　分別以細(xì)分流場和減小迎風(fēng)面積思路為指導(dǎo),設(shè)計(jì)出了四對(duì)稱渦發(fā)生器、中空扭帶、單邊扭帶、錐形片和T形錐片等新型強(qiáng)化換熱元件,對(duì)換熱和阻力特性進(jìn)行了數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)研究。通過數(shù)值模擬對(duì)單渦結(jié)構(gòu)、螺旋扭帶、四同向渦結(jié)構(gòu)和四對(duì)稱渦結(jié)構(gòu)的對(duì)比發(fā)現(xiàn),四對(duì)稱渦結(jié)構(gòu)具有最好的性能,從一定程度上驗(yàn)證了細(xì)分流場的適用性。在實(shí)驗(yàn)的雷諾數(shù)范圍內(nèi)(Re從5000到30000),四對(duì)稱渦發(fā)生器的綜合性能系數(shù)PE

3、C為0.85到1.08。攻角和前后間距對(duì)換熱和阻力都具有較大影響,攻角越大,前后間距越小,則換熱和阻力也就越大。由于插入物的振動(dòng),在一定條件下會(huì)出現(xiàn)小攻角換熱更強(qiáng)的特殊現(xiàn)象。通過數(shù)值模擬對(duì)中空扭帶和窄邊扭帶的對(duì)比發(fā)現(xiàn),兩者都能夠有效減小流動(dòng)阻力,但是窄邊扭帶對(duì)換熱效果也有較大削弱,導(dǎo)致綜合性能下降。中空扭帶比傳統(tǒng)扭帶的PEC值最大提高了14％,單邊扭帶的PEC值比中空扭帶的略高。錐形片插入物也具有比較好的改進(jìn)效果,實(shí)驗(yàn)測得,Re≈130