螺旋扁管的換熱性能研究

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1、石油機(jī)械—22—CHINAPETROLEUMMACHINERY2008年第36卷第2期!專題研究#螺旋扁管的換熱性能研究3劉敏珊宮本希董其伍(鄭州大學(xué)河南省過程傳熱與節(jié)能重點實驗室)摘要以雷諾數(shù)小于1000的流體為研究對象進(jìn)行模擬研究,比較螺旋扁管和螺旋橢圓扁管之間的差別,同時分析2種管橫截面的場協(xié)同角,并與直扁管和直橢圓扁管進(jìn)行對比。結(jié)果認(rèn)為,2種螺旋管壁面努賽爾數(shù)隨雷諾數(shù)的增大而增大,變化趨勢逐漸減緩;2種螺旋管的綜合性能評價因子隨雷諾數(shù)的增大而增大,且螺旋扁管的要高于螺旋橢圓扁管,在此工況下應(yīng)選用螺旋扁管。自支撐結(jié)構(gòu)的螺旋管,在相同雷諾數(shù)下,螺旋橢圓扁管的壓力損

2、失小于螺旋扁管,但其傳熱性能卻不如螺旋扁管。關(guān)鍵詞螺旋扁管螺旋橢圓扁管場協(xié)同角傳熱性能數(shù)值模擬扁管和螺旋橢圓扁管之間的差別,得出效果較好的引言一種,同時分析2種管橫截面的場協(xié)同角,并與直扁管和直橢圓管進(jìn)行對比。螺旋扁管是瑞士Alards公司早在1984年首先提出并設(shè)計制造,經(jīng)美國Brown公司改進(jìn)的一種換模型建立及初始條件熱管,其結(jié)構(gòu)特點是管子換熱段的任一截面均為一長圓。我國學(xué)者在橢圓管的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種螺旋11幾何物理模型橢圓扁管,它是將橢圓管按一定的導(dǎo)程扭曲而筆者采用<25mm×215mm的標(biāo)準(zhǔn)鋼管來制取[1]成。螺旋管的制造由壓偏和熱扭2個成形過程完螺旋管,管道

3、內(nèi)壁周長約為6218mm,在由圓管經(jīng)成。前人在實驗或者模擬上做了很多工作,鞠在壓扁熱扭加工成螺旋管的過程中,管的截面周長不[2][3]堂詳細(xì)介紹了螺旋扁管的優(yōu)點;梁龍虎試驗變。因此,采用扁管及橢圓管的內(nèi)壁尺寸都滿足截比較研究了雷諾數(shù)在1000～16000的2種螺旋扁面周長為6218mm。在對管內(nèi)流動及傳熱進(jìn)行模擬[4]管和光管的傳熱及流動阻力性能;張杏祥等用過程中,分別對不同雷諾數(shù)的螺旋扁管和螺旋橢圓三維數(shù)值模擬方法研究了各個參數(shù)對螺旋橢圓扁管扁管進(jìn)行比較分析。2種類型管的雷諾數(shù)都分別取換熱及壓力損失性能的影響,并回歸了關(guān)聯(lián)式;黃300、500、700和900。[5]

4、德斌等用實驗研究的方法,歸納出螺旋扁管內(nèi)由于該種類型換熱器為管間自支撐結(jié)構(gòu),常規(guī)[6]阻力及傳熱公式;李春蘭說明了螺旋扁管換熱換熱器管徑為25mm時,管間距為32mm,所以器良好的傳熱性及抗結(jié)垢性能適合于高粘度流體的扁管和橢圓管內(nèi)流體的截面長軸均取27mm。按照換熱要求。等周長的特點,經(jīng)計算螺旋扁管截面尺寸為長軸綜合各篇文獻(xiàn)所做的工作,幾乎都集中在雷諾a=27mm,半圓直徑b=7172mm;螺旋橢圓扁管數(shù)在1000以上,對雷諾數(shù)在1000以下的流動往的截面數(shù)據(jù)為長軸a=27mm,短軸b=1114mm。往只是一筆帶過,指出在對于流體粘度大,一側(cè)或2種管的截面示意圖如圖1

5、所示。[7-8]兩側(cè)均為層流的換熱器,其換熱效果尤為突出,但21數(shù)學(xué)模型幾乎沒有實驗或模擬分析。因此,筆者就以雷諾數(shù)管內(nèi)流體滿足的控制守恒方程如下。小于1000的流體為對象進(jìn)行模擬研究,比較螺旋連續(xù)方程為3基金項目:河南省杰出人才創(chuàng)新基金項目(0621001600)。?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2008年第36卷第2期劉敏珊等:螺旋扁管的換熱性能研究—23—9(βρ)9(βρui)(2)流道內(nèi)流體物理性質(zhì)穩(wěn)定;+

6、=0(i=1～3)(1)9t9xi(3)流體為牛頓流體;動量方程為(4)所取周期性流道內(nèi)流體的流動為周期性9(βρui)9(βρuiuj)充分發(fā)展,不受管內(nèi)進(jìn)出口的影響;+=9t9xi(5)流體通過單元流道后無質(zhì)量增量,流道9βμ9ui-9p-fX內(nèi)無其他源項;ii9xj9xj9xi(6)不考慮重力。(j=1～3)(2)檢查節(jié)點數(shù)和網(wǎng)格質(zhì)量后,在Fluent中選用離能量方程為散求解器和層流模型,打開能量方程,并在邊界條SSSSρCS9T+CSu9T+v9T+w9T=件中作如下設(shè)置:關(guān)于溫度條件,將管壁溫度設(shè)置VP9t9x9y9Z為400K(相當(dāng)于管程通過蒸汽冷凝加熱)

7、;將介WSαS(T-T)(3)質(zhì)的入口溫度設(shè)置為300K,操作條件為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓;邊界條件中壁面為標(biāo)準(zhǔn)無滑移壁面;周期性條件中設(shè)置單元流道內(nèi)流體的質(zhì)量流量,SIMPLE壓力2速度耦合算法;動量和能量離散均采用二階差分迎風(fēng)格式。41初始條件設(shè)定圖1螺旋扁管截面示意圖(1)螺旋扁管周期性進(jìn)口溫度Tin=300K,31數(shù)值模擬方法恒定壁溫TW=400K,雷諾數(shù)分別取300、500、考慮到計算機(jī)資源有限,筆者采用周期性模700、900進(jìn)行模擬;型,分析流體充分發(fā)展段的流動特性。首先通過三(2)螺旋橢圓扁管周期性進(jìn)口溫度Tin=300維繪圖軟件Solidwork