基于强化传热的扁平螺旋管结构优化数值模拟研究

作     者：李德涛 张岩 窦岩 

作者机构：天华化工机械及自动化研究设计院有限公司甘肃兰州730060 国家干燥技术及装备工程技术研究中心甘肃兰州730060 

出 版 物：《装备制造技术》 (Equipment Manufacturing Technology)

年 卷 期：2024年第1期

页      面：37-42页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主　　题：扁平螺旋管 强化传热 结构优化 扁平度n 导程S CFD 

摘      要：基于强化传热技术,以光滑椭圆管为基本研究对象,对比不同扁平度n及导程S的扁平螺旋管,通过合理的简化与假设,采用计算流体力学(CFD)的方法对扁平螺旋管进行数值模拟研究,以期为该换热设备结构优化设计及实际工程应用提供参考。研究证明:扁平螺旋管与光管对比,扁平螺旋管内产生了明显的旋流运动,促进了流体在垂直于轴向方向的混合,使得管内流体的轴向速度增大,且这种混合使得换热管边界层厚度变薄,保持了较高的温度梯度,达到了强化传热的目的;扁平螺旋换热管的旋转程度越大(即相同的截面尺寸,S越小),换热管的强化换热的性能越好,但换热管内流体介质的流动阻力也相应越大,所以导程S在84~150之间为扁平螺旋管导程的优选区间;扁平螺旋管的压扁程度不一定越扁越好,当换热管的扁平度过大时,会导致扁平螺旋管的努塞尔数Nu急剧下降,压降△P急剧增加,使得换热管的强化换热效果降低,而当换热管的扁平度过小时,努塞尔数Nu和压降△P变化缓慢,对换热管的强化换热影响较弱,所以扁平度n的最佳选择是0.7~1.4。