螺旋扭帶在湍流工況的單相對流強化換熱.pdf

1、本文主要通過數值模擬以及實驗的方法探究了在湍流工況（雷諾數范圍為3000-10000）下換熱器管內插入螺旋扭帶后的傳熱特性、摩擦特性以及綜合換熱性能。為了增強扭帶的換熱效果，在傳統(tǒng)扭帶的結構基礎上作出一定改造，從而提出了一種新型的帶缺口的正反扭轉扭帶。這種新型扭帶以180°為周期以順時針與逆時針交替扭轉，并在扭帶兩側邊緣處均勻布置半圓形缺口。
　　本文主要研究了不同扭率、不同幾何結構的扭帶的強化換熱效果。結果顯示，在數值模擬研究的

2、三種扭率（研究的扭率分別為3，4，5）的傳統(tǒng)扭帶中，扭率為3的扭帶表現出了最佳的換熱效果，其努賽爾數的增加量為光管的1.39-1.83倍，而其他兩種扭率的努賽爾數增加量分別為光管的1.16-1.40，1.09-1.34倍。扭率越小的扭帶引起的摩擦阻力也越大，然而扭率為3的扭帶依然擁有最高的綜合性能指數，因而該扭率被應用在扭帶幾何結構的改造中。數值模擬研究的三種不同幾何結構的扭帶（傳統(tǒng)扭帶、正反扭帶、帶缺口正反扭帶）中，正反扭帶的強化換熱

3、效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)扭帶，帶缺口的正反扭帶則是在犧牲少許換熱效果的基礎上對正反扭帶引起的流動阻力的增加有較為明顯的改善。數值模擬的結果表明帶缺口的正反扭帶的綜合強化換熱性能最佳。研究了套管式換熱器內管中插入不同長度（2400mm，1800mm，1200mm，600mm）的帶缺口正反扭帶與傳統(tǒng)扭帶的強化換熱效果。首先通過將光管工況下根據實驗數據計算出來的流體的努賽爾數以及摩擦系數與相同工況下數值模擬以及經驗公式的計算值進行比較從而驗證實驗數據

4、的可靠性。實驗計算的結果表明，管內插入全長扭帶時具有最佳的換熱效果，同時也有最大的流動摩擦阻力。而與全長的傳統(tǒng)扭帶相比，管內插入全長帶缺口正反扭帶在強化換熱方面具有較為明顯的優(yōu)勢。在管內插入全長帶缺口正反扭帶引起的努賽爾數的增長量是光管的1.66-2.42倍，而全長傳統(tǒng)扭帶的努賽爾數的增長量為光管的1.35-2.11倍。全長帶缺口正反扭帶所引起的流動摩擦阻力也明顯大于全長的傳統(tǒng)扭帶。綜上所述，全長帶缺口正反扭帶具有最佳的強化換熱效果，其