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《螺旋管內(nèi)水和蒸汽局部傳熱特性研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第１１卷第１期熱科學(xué)與技術(shù)Ｖｏｌ．１１Ｎｏ．１２０１２年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅｒｍａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｒ．２０１２文章編號：１６７１－８０９７（２０１２）０１－００２７－０７ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－８０９７．２０１２．０１．００５螺旋管內(nèi)水和蒸汽局部傳熱特性研究朱宏曄，楊星團(tuán)，居懷明，姜?jiǎng)僖ㄇ迦A大學(xué)核能與新能源技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，北京１０００８４）摘要：以高溫氣冷堆蒸發(fā)器為背景，采用ＦＬＵＥＮＴ軟件模擬了單相水和蒸汽在不同尺寸螺旋管內(nèi)部的流動(dòng)和傳熱過程，研究了壁面局部傳熱特性
2、。計(jì)算結(jié)果表明，遠(yuǎn)離螺旋中心線一側(cè)局部傳熱較強(qiáng)而靠近螺旋中心線一側(cè)傳熱較弱，壁面Ｎｕ周向分布非常不均勻。管徑與螺旋直徑之比是主要影響因素，當(dāng)其值增大時(shí)截面溫度極值點(diǎn)向螺旋中心線外側(cè)移動(dòng)，加劇了溫度分布和Ｎｕ分布的不均勻性。在層流向湍流過渡區(qū)內(nèi)，Ｒｅ的增大使截面各點(diǎn)溫度梯度均有所增加，同時(shí)也增大了Ｎｕ周向分布的不均勻程度，但在旺盛湍流區(qū)內(nèi)Ｒｅ對Ｎｕ分布無明顯影響。壁面熱邊界條件形式對局部Ｎｕ周向分布沒有顯著影響。給出了局部Ｎｕ的估算式。關(guān)鍵詞：螺旋管；數(shù)值模擬；湍流；傳熱系數(shù)中圖分類號：ＴＫ１２４文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ［５］中給出了Ｎｕ沿周
3、向分布，但并未做深入研究。０引言Ｊａｙａｋｕｍａｒ通過數(shù)值模擬研究了單相水在螺旋管螺旋傳熱管具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱能力強(qiáng)的特內(nèi)的傳熱特性，擬合出了截面平均Ｎｕ計(jì)算公式，點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種換熱器和蒸發(fā)器。尤其在此基礎(chǔ)上考慮了周向的不均勻性并引入了修正是大多數(shù)高溫氣冷堆核電站（如德國ＴＨＴＲ－系公式；但其修正公式中沒有考慮Ｒｅ和螺旋管３００、英國ＡＧＲ以及我國的ＨＴＲ－１０和ＨＴＲ－［６］結(jié)構(gòu)參數(shù)對局部Ｎｕ的影響，仍存在局限性。［１］ＰＭ等）都采用螺旋管型直流蒸汽發(fā)生器。研究本文以高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發(fā)生器為應(yīng)用螺旋管內(nèi)傳熱特性進(jìn)而提
4、高蒸發(fā)器傳熱能力，對背景，希望通過ＣＦＤ數(shù)值模擬研究單相水和蒸汽于高溫氣冷堆核電站有重要意義。在螺旋管內(nèi)的局部傳熱特性，分析Ｒｅ、管徑和螺有關(guān)螺旋管內(nèi)傳熱過程的研究已經(jīng)較多，其旋直徑對局部Ｎｕ的影響，并最終給出估算公式。中一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)被總結(jié)為經(jīng)驗(yàn)公式并能夠很本文的結(jié)果將為優(yōu)化高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)好地預(yù)測螺旋管壁的平均Ｎｕ，如用于層流的優(yōu)化、提高傳熱效率提供理論依據(jù)。Ｍａｎｌａｐａｚ－Ｃｈｕｒｃｈｉｌｌ公式、用于過渡區(qū)的１數(shù)值模型和計(jì)算方法Ｇｎｉｅｌｉｎｓｋｉ和Ｐｒａｔｔ公式以及用于旺盛湍流區(qū)的［２－４］Ｐｅｔｈｕｋｏｖｃｏ
5、ｒｒｅｌａｔｉｏｎ和Ｓｃｈｍｉｄｔ公式等。然１．１螺旋管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及網(wǎng)格劃分而，Ｎｕ沿螺旋管周向分布并不均勻。其中，遠(yuǎn)離本文研究對象為螺旋盤管（ｈｅｌｉｃａｌｃｏｉｌ）。與螺旋中心線的壁面附近受到二次流的作用從而具平面盤管（ｓｐｉｒａｌ）不同，螺旋管各圈具有相同的螺有較高的傳熱系數(shù)；而靠近螺旋中心線附近的壁旋直徑和均勻的螺距，結(jié)構(gòu)如圖１所示；其中ｄ面?zhèn)鳠彷^弱，其局部傳熱系數(shù)甚至低于同等條件為管內(nèi)徑，Ｄ為螺旋直徑，Ｈ為螺距，τ為管內(nèi)徑下直管的傳熱系數(shù)。關(guān)于螺旋管周向傳熱系數(shù)分與螺旋直徑之比（ｄ／Ｄ）。在螺旋管橫截面中靠近布的實(shí)驗(yàn)研究
6、仍比較少。Ｐｉａｚｚａ通過數(shù)值模擬研螺旋中心線的點(diǎn)稱為內(nèi)側(cè)，而遠(yuǎn)離螺旋中心線的究了螺旋管內(nèi)流動(dòng)阻力特性和傳熱特性，在算例點(diǎn)為外側(cè)。螺旋管內(nèi)流體在流動(dòng)過程中將受到離收稿日期：２０１２－０２－２０；修回日期：２０１２－０３－１８．基金項(xiàng)目：教育部博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目（２０１００００２１２００３６）；國家重大科技專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（ＺＸ０６９０１）．作者簡介：朱宏曄（１９８２－），男，內(nèi)蒙古寧城人，博士，助理研究員，主要從事反應(yīng)堆熱工水力學(xué)研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｕｈｙ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ２８熱科學(xué)與技術(shù)第１１卷心力
7、的作用，且離心力大小在截面分布不均的計(jì)算模型來確定，相關(guān)分析可參考文獻(xiàn)［７］。本勻———內(nèi)側(cè)離心力大，而外側(cè)離心力小。在此離文中各模型第一層網(wǎng)格距離壁面均取為０．０２心力場的作用下，流體在沿管長方向流動(dòng)的同時(shí)ｍｍ，可滿足所有工況的計(jì)算精度要求。另外，經(jīng)產(chǎn)生了徑向的二次流并出現(xiàn)了漩渦（Ｄｅａｎ渦），從網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)，網(wǎng)格密度超過４×１０８－３后繼ｍ而增強(qiáng)了對壁面邊界層的擾動(dòng)，提高了傳熱性能。續(xù)增加網(wǎng)格密度對計(jì)算結(jié)果已無明顯影響。螺旋直徑Ｄ越小，相同流速下離心加速度越大；同時(shí)，管徑ｄ越大，橫截面上流體受離心力差異越大；因此二者之比τ越
8、大越容易產(chǎn)生Ｄｅａｎ渦，文獻(xiàn)中常以Ｒｅ和τ組合為Ｄｅ來描述螺旋管內(nèi)流動(dòng)，其定義為Ｄｅ＝Ｒｅ槡τ（１）圖２計(jì)算采用網(wǎng)格（ｄ＝１０ｍｍ，Ｄ＝２００ｍｍ）Ｆｉｇ．２Ｇｒｉｄｏｆｈｅｌｉｃａｌｌｙ－ｃｏｉｌｅｄｔｕｂｅｕｓｅｄｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓ（ｄ＝１
