紐帶管內流體強化換熱及抗垢特性研究.pdf

1、紐帶作為一種高效強化換熱的擾流元件，廣泛應用于化工設備的強化換熱、防垢、流體混合等領域。國內外學者針對內置紐帶管內部流體流動及強化傳熱開展了諸多研究，但紐帶的強化換熱性能還需要進一步提高。
　　本文針對紐帶管研究的流動工況較少，普通紐帶管強化傳熱綜合性能欠佳，結構優(yōu)化不夠全面等問題，開發(fā)了三邊紐帶，用Fluent15.0模擬了內置普通紐帶、格柵紐帶以及三邊紐帶在湍流（Re=5000～30000）和層流（Re=400～1500）工況

2、下管內流體傳熱和阻力特性，并與圓管進行對比，結果表明三邊紐帶管的綜合性能較好；并進一步從紐帶邊數(shù)n、扭率y、邊長m對紐帶管進行了結構參數(shù)的優(yōu)化；最后模擬分析了圓管及紐帶管的抗垢性能，得到的結論如下：
　　數(shù)值模擬結果表明，內置紐帶管能使流體產生螺旋流動，誘導流體產生偏離軸線方向的徑向及切向流動，從而加劇近壁區(qū)流體與主流區(qū)流體的摻混，減薄流體速度和溫度邊界層，加速管壁熱量向管內流體的傳遞，提高了管壁處流體的對流換熱系數(shù)。
　　

3、湍流工況下模擬結果表明，三邊紐帶管的Nu較大，格柵紐帶管和普通紐帶管傳熱性能相當，Nu最小；紐帶管對應的阻力系數(shù)f從高到低依次是：格柵紐帶、三邊紐帶和普通紐帶；三邊紐帶管的綜合性能評價因子η高于其他紐帶管。
　　對紐帶管結構參數(shù)的優(yōu)化結果表明，Nu和f隨著紐帶邊數(shù)和邊長的增加而增加，隨著扭率的增加而減??；通過對比各參數(shù)紐帶管的綜合性能發(fā)現(xiàn)，扭率y=2.0、邊長m=9mm的三邊紐帶管的綜合性能較好，綜合性能評價因子η=1.33，分別

4、比圓管和普通紐帶管高出11.9％～33.2%，5.47%～5.98%。
　　層流工況下模擬研究表明，除五邊紐帶管外，邊數(shù)越多，Nu越大。Nu和f隨邊數(shù)和邊長的增加而增加，隨扭率的增加而減?。荒M得出y=2.0，m=9mm的三邊紐帶管的綜合性能較好，綜合性能評價因子η達到4.96。
　　對圓管及紐帶管的抗垢性能研究表明，紐帶管內流體的螺旋流動沖刷管壁，使 CaCo3顆粒污垢徑向分布比較均勻，在換熱管內不易沉積，其抗垢性能明顯優(yōu)