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1、第38卷第1期化工機械97結(jié)構(gòu)參數(shù)對螺旋槽管傳熱與阻力性能影響的研究李軍H王晨1桑芝富‘史紅兵2(1．南京工業(yè)大學(xué)；2．安徽省特種設(shè)備檢測院)摘要利用計算流體動力學(xué)方法，研究了不同雷諾數(shù)下．幾何尺寸對螺旋槽管傳熱廈阻力性能的影響，結(jié)果表明，螺旋槽管在凸肋部前后產(chǎn)生了二次渦流，由螺旋形槽道形成的旋流都對邊界層形成了擾動，傳熱性能得到了提高，同時也增加了阻力。在雷諾數(shù)相同時，槽越深，換熱性能越好。同時流動阻力也有所增大；螺距、槽半徑越大，換熱效果降低，流動阻力也隨之減小。與光管相比，得出螺旋槽管的Ⅳ
2、“最大是光管的2．2l倍，綜合性能rl最大為1．27。關(guān)鍵詞螺旋槽管傳熱阻力性能數(shù)值模擬中圖分類號TQ053．6文獻標識碼A文章編號0254-6094(201I)01-0097-07螺旋槽管是在圓管外表面滾壓出螺旋形的凹槽，在管內(nèi)形成螺旋形凸肋的異型管，在管子外壁具有螺旋槽，內(nèi)壁具有螺旋凸肋，可以同時對管內(nèi)、外進行強化傳熱，是一種雙側(cè)高效強化管。其主要參數(shù)有槽深e，螺距JP和槽半徑r。在眾多強化傳熱技術(shù)中，螺旋槽管被廣泛認為具有優(yōu)越的強化傳熱性能，其傳熱系數(shù)比光管的高70％¨。21，且具有良好的
3、抗積垢性能。L“。曾力丁等¨1通過試驗測定了螺旋槽管內(nèi)的結(jié)垢情況，試驗結(jié)果顯示螺旋槽管的污垢熱阻約為光滑管的0．52—0．88倍。張亞君等∽1對螺旋槽管、橫紋管和兩種不同結(jié)構(gòu)尺寸的縮放管進行了流阻和傳熱性能實驗研究，通過綜合性能評價，得出螺旋槽管的性能最優(yōu)。螺旋槽管優(yōu)越的傳熱和抗積垢性能，使其在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。文獻[7]顯示，貴溪發(fā)電廠采用螺旋槽管空氣預(yù)熱器替代回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，每年可節(jié)省434萬元能源費用。其強化機理【81是當流體在管內(nèi)流動時，受螺旋槽紋的引導(dǎo)，使得靠近壁面的部分流體沿
4、著凸肋之間旋流。有利于減薄邊界層厚度；還有一部分流體沿壁面軸向流動，通過螺旋槽紋凸起產(chǎn)生軸向旋渦，引起邊界層擾動，從而加快由壁面而至流體主體的熱量傳遞。同時螺旋槽管內(nèi)側(cè)的凸起部分，也使得管子的傳熱面積有所增加。ZimparovVD等一’10J測定了11種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)螺旋槽管的傳熱性能和壓降損失，得到管內(nèi)、外側(cè)的傳熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)。與光管比較，結(jié)果表明，螺旋槽管總傳熱系數(shù)是光管的2倍，但壓降損失卻達到了10倍。這也說明，螺旋槽管的流動復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)參數(shù)對實驗結(jié)果有很大影響。雖然其他學(xué)者對螺旋槽管的
5、結(jié)構(gòu)參數(shù)對其傳熱和流動性能的分析比較成熟，但是考慮槽半徑影響的極少，且用數(shù)值模擬分析結(jié)構(gòu)參數(shù)影響的也很少。筆者利用數(shù)值模擬¨¨的方法對這種高效換熱管的性能加以研究，比較了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對其性能的影響，發(fā)現(xiàn)槽深e越大，換熱性能越好；螺距P和槽半徑r越大，換熱效果越差。1數(shù)值計算模型1．1控制方程組流體的流動要受到物理守恒定律的支配。基本的守恒定律包括質(zhì)擐守恒定律、動最守恒定律以及能量守恒定律?？刂品匠叹褪沁@些守恒定律·李軍．男．1986年4月生．碩士研究生。江蘇省南京市．210009。98化工機械20
6、11年的數(shù)學(xué)描述，包括3個一般方程¨21。連續(xù)性方程：羋+div(臚)=0式中p——密度，kg／m3；t——時間，s；群——速度矢量，m／s。動量方程：石方向掣ⅧV(掣)=一署+魯+魯+魯幔，，方向掣+div(p”H，=一考+魯+魯+魯”，；方向等+div(pw口，=一害+魯+魯+魯+t式中H——速度矢量／／在z方向的分量。秒——速度矢量H在Y方向的分量；W——速度矢量口在z方向的分量；P——流體微元體上的壓力；，。、F，、，-微元體上的體力，在只考慮重力的情況下，F(xiàn)，=F，=0，F(xiàn)，=-pg。
7、對于牛頓流體，粘性應(yīng)力，-與流體的變形率成比例，有：r。=釓嘗+A’diV(“)，r，=釓考+^’diV(“)，r，，=釓警+A’diV(Ⅱ)，～=，．，=p(考+考)．，Oua”、，a移Ow、r一=r“2pli+面JJ一釘，鄧Ii+石J。r一下。、r"，-。r，是由分子粘性作用而產(chǎn)生的作用在微元體表面上的粘性應(yīng)力下的分量。式中p——動力粘度，Pa·s；AL-第二撇，—搬可取A’=一寺，Pa·s。能量方程：學(xué)+aiv(p訂)．div(}砌刁“t式中r——溫度，K；c?！葻崛荩琂／(kg·K)
8、；k——流體的傳熱系數(shù)，W／(m2·K)；S廣流體的內(nèi)熱源及由于粘性作用使得流體機械能轉(zhuǎn)換為熱能的部分，也稱為粘性耗散項，J。對于牛頓流體，其表達式為H引：s。=p{2【(罷)2+(考)2+(警)2】+(考+罷)2+(詈+署)‘+(詈+警)2)+A’(詈+酊0_yv+警)‘1．2物理模型和邊界條件筆者所用模型為單根管徑25mm的螺旋槽管和光管，并在其外部套上管徑為50mm的管子作為殼程，長度為420mm。換熱管的壁厚在建模時被忽略，但是管壁的熱阻仍被保留。在螺旋槽管兩端分別保留長度為10mm的光
