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三维内肋管紊流换热和阻力特性的实验和模拟研究

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三维内肋管紊流换热和阻力特性的实验和模拟研究

作者：刘爽重庆大学

学位级别：硕士

换热器作为回收余热和废热、提高热能利用率的主要设备,其换热性能和动力消耗关系到整个系统的生产效率和节能降耗水平,而传热管作为换热器中的核心元件,其结构对换热器的传热系数影响颇大。本文以实验和数值模拟相结合的方法,对一种高... 详细信息

换热器作为回收余热和废热、提高热能利用率的主要设备,其换热性能和动力消耗关系到整个系统的生产效率和节能降耗水平,而传热管作为换热器中的核心元件,其结构对换热器的传热系数影响颇大。本文以实验和数值模拟相结合的方法,对一种高效强化换热管——三维内肋管的管内流动和强化换热进行研究。实验以空气为工质,利用正交设计实验对雷诺数在25000～110000范围时,直径为89mm和102mm两种大管径三维内肋管的紊流换热和流动特性进行研究。以Webb定义的热力性能系数作为强化指标,采用极差法和方差法对影响三维内肋管热力性能系数的因素——肋宽、肋高、肋间距和肋密度进行分析,得出三维内肋管的优化方向,优选出最佳管型,最后采用最小二乘法回归出努谢尔特数与范宁摩擦系数关于雷诺数和三维管肋参数的实验关联式。结果分析表明,三维内肋管的综合特性优于相同管径的光管,换热系数最高可达光管的3.15倍,热力性能系数最高可达光管的1.45倍,验证了大管径三维内肋管在管式换热器中运用的可行性;在影响三维内肋管的各主要参数中,肋密度对流动换热特性的影响最大,肋高有一定的影响,肋间距次之,肋宽最小,为今后强化管参数设计提供了优化方向。数值模拟采用ANSYS CFX和FLUENT软件,选取直径为102mm的光管和三维内肋管,对两根管进行流动和换热的模拟,对比分析相同工况下的压力场、速度场、温度场。结果表明:空气流经肋时发生绕流,在肋间的近壁面处加速,除具有轴向速度外还具有周向速度和径向速度,增加了流体流动的湍流度,减薄了热边界层厚度,此外,流体横向冲刷三维肋,导致其与肋之间的对流换热系数增大,均有利于强化对流换热。

关键词：三维内肋管正交试验热力性能系数强化换热数值模拟

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三维内肋管的管内换热特性研究及结构调整

三维内肋管的管内换热特性研究及结构调整

作者：胡红修华北电力大学

学位级别：硕士

随着我国能源形势的日益严峻,节能减排和提高能源利用率变得越发重要。为了提高能源利用效率,开发更加高效的换热设备变得愈发迫切。而换热器的强化换热一直是研究的重点问题。本文采用数值模拟的方法研究了三维内肋管的管内换热特性,... 详细信息

随着我国能源形势的日益严峻,节能减排和提高能源利用率变得越发重要。为了提高能源利用效率,开发更加高效的换热设备变得愈发迫切。而换热器的强化换热一直是研究的重点问题。本文采用数值模拟的方法研究了三维内肋管的管内换热特性,并对三维内肋管的管内肋片尺寸及其布置方式进行了结构调整,为换热器的管内强化换热提供了新的思路。本文对不同雷诺数下的三维内肋管的管内换热特性进行了模拟,并通过实验手段对模拟结果进行了验证,经过八组模拟结果与实验结果的对比发现计算精度满足要求,模拟结果可靠。模拟结果表明,雷诺数低于15000时三维内肋管的肋片间气流速度较低,增大了换热热阻,其换热效果并不如光管。雷诺数大于15000时三维内肋管的管内气体流速增大,边界层遭到破坏,从而能起到强化换热的效果。通过正交试验设计对三维内肋管的肋片尺寸及布置方式进行结构调整,发现肋高是影响换热效果的主要因素,肋高越小,管内流动边界层越薄,流动阻力越小,换热效果越好;肋周向间距主要影响肋片间气流速度,肋周向间距越大,肋间气流速度越大,强化换热效果越好,同时肋周相间距增大降低了肋片数量,减小了流动阻力;肋宽对三维内肋管的换热特性影响较小,增大肋宽可使换热系数增大,但同时会使阻力增大,热力性能系数减小。肋纵向间距越小,单位管长上的肋片数量越多,换热效果越好,但阻力增加较大,三维内肋管的热力性能系数越小。通过正交试验的结构调整得出三维内肋管的最佳结构尺寸为肋高1mm、肋宽1mm、肋周向间距32.044mm、肋纵向间距为2mm。无因次肋宽B/D=0.0196、无因次肋宽H/D=0.0196、无因次肋周相间距S/D=0.6283、无因次肋纵向间距Pt/D=0.1176。结构调整后三维内肋管的换热强化比为1.1548,阻力增大比为1.5419。

关键词：三维内肋管换热特性强化换热结构调整

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高Pr数流体在三维内肋管中的强化传热性能

化工进展 2011年第S1期30卷 665-668页

作者：张川朱安福廖强龙恩深华北水利水电学院电力学院河南郑州450011 重庆大学工程热物理研究所重庆400045 四川大学建筑与环境学院四川成都610064

采用正交原理实验设计方法,以未使用的润滑油为工质,对高Pr数流体在肋叉排列三维内肋管中的流阻和换热性能进行了实验研究。实验的Re数范围为30～800。结果表明:采用肋叉排列的三维内肋管可使高Pr数流体在较低的Re数下实现从层流向紊流... 详细信息

采用正交原理实验设计方法,以未使用的润滑油为工质,对高Pr数流体在肋叉排列三维内肋管中的流阻和换热性能进行了实验研究。实验的Re数范围为30～800。结果表明:采用肋叉排列的三维内肋管可使高Pr数流体在较低的Re数下实现从层流向紊流的转变,其临界Re。数范围为100～200。在工程应用中,采用三维内肋管进行高黏度流体的换热,容易使流动处于换热系数较高的湍流区,获得明显的强化换热效果。用最小二乘法对实验数据进行多元线性回归,得到了肋叉排列的三维内肋管旺盛紊流区的流阻和换热准则方程式,并得到了热力性能系数最大的结构组合,为强化传热指明了结构优化的方向。本文得到的结论可以作为工程设计的依据和后续研究的参考。

关键词：三维内肋管高Pr数流体热力性能系数正交实验设计强化传热

高粘度流体在三维内肋管中层流强化传热性能研究

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流体机械 2014年第3期42卷 10-13,18页

作者：张川宋小勇刘新阳王为术华北水利水电大学河南郑州450011 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

以润滑油为工质,采用正交原理试验设计方法,对高粘度流体在叉排列三维内肋管中的流动和传热性能进行了研究。结果表明:离散的三维内肋结构能够促进高粘度流体在较低的雷诺数下完成从层流向湍流的转变。说明在高粘度流体的换热问题中,采... 详细信息

以润滑油为工质,采用正交原理试验设计方法,对高粘度流体在叉排列三维内肋管中的流动和传热性能进行了研究。结果表明:离散的三维内肋结构能够促进高粘度流体在较低的雷诺数下完成从层流向湍流的转变。说明在高粘度流体的换热问题中,采用三维内肋管可以有效促进流态转变,并因此获得明显的传热强化效果;对试验数据采用最小二乘法进行多元线性回归,获得了三维内肋管中高粘度流体在层流区的流阻和换热准则方程式;根据Webb定义的热力性能系数,作为强化传热性能的判断指标,得到了性能最优的三维肋结构组合,为结构优化指出了方向。

关键词：三维内肋管高粘度流体正交实验热力性能系数强化传热

空气在三维内肋管中的强化换热和流阻特性实验研究

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空气在三维内肋管中的强化换热和流阻特性实验研究

作者：谢霞重庆大学

学位级别：硕士

强化传热技术被誉为第二代传热技术,能够显著改善换热器的传热性能。在实际工程应用中,强化传热技术是实现换热节能的主要途径之一,强化传热的主要目的是缩小设备尺寸、提高热效率。其中,三维内肋管是目前使用最为广泛的一种高效强化换... 详细信息

强化传热技术被誉为第二代传热技术,能够显著改善换热器的传热性能。在实际工程应用中,强化传热技术是实现换热节能的主要途径之一,强化传热的主要目的是缩小设备尺寸、提高热效率。其中,三维内肋管是目前使用最为广泛的一种高效强化换热管。肋顺排、肋叉排和肋螺旋排是三维内肋管使用最广泛的三种肋形排列方式,都具有较好的强化传热效果和优良的热力性能,但肋结构比较复杂,不同的肋形结构尺寸就会产生不同的实验结果。本文主要运用正交试验的方法,取肋高h、肋宽b、肋间距Pt和肋密度z为影响因素,热力性能系数为评价指标,对目前使用较广的外径为57mm的肋叉排三维内肋管进行了2组正交试验,对目前处于研究空白的外径为127mm的肋叉排三维内肋管进行了1组正交实验,系统的研究了它们的换热和流阻特性。本文以空气为工质,在Re=15000～150000的范围内对18根57mm的三维内肋管和9根127mm的三维内肋管的热力性能进行了研究,以Webb定义的热力性能系数作为强化指标,采用极差法对三维内肋管热力性能系数的影响因素进行了分析,发现肋高h为主要影响因素,也同时得出了各管径三维内肋管的优化方向和可能的最优管型。用最小二乘法处理了相关的实验数据,回归得出了Nu数、Cf数与雷诺数以及肋几何参数的准则方程式。结果分析表明,肋叉排三维内肋管的综合特性均优于相同管径的光管,57mm三维内肋管的平均热力性能系数为1.359,127mm三维内肋管的平均热力性能系数为1.098;57mm三维内肋管的阻力平均是光管的阻力的8.97倍,127mm三维内肋管的阻力平均是光管阻力的4.98倍。实验结果表明,三维内肋管换热性能强化的同时阻力也在增大,在实际设计时应既考虑换热效果,还要考虑阻力增大时所多消耗的泵功。本文根据实验数据获得的57mm三维内肋管和127mm三维内肋管的Nu数和Cf数准则方程和结论可应用于实际工程,为实际工程计算相应的换热系数和流动阻力提供一定的参考。

关键词：强化换热三维内肋管正交试验

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三维内肋管紊流换热和阻力特性的试验研究

建筑节能 2017年第8期45卷 88-90,104页

作者：刘爽周杰重庆大学城市建设与环境工程学院重庆400044

以空气为工质,利用正交实验设计研究了雷诺数在25 000~110 000范围内的9种大管径三维内肋管的紊流换热和流动特性,优选出最佳管型,并得出努谢尔特数与范宁摩擦系数关于雷诺数和三维管肋参数的实验关联式。结果表明,三维内肋管的综合特... 详细信息

以空气为工质,利用正交实验设计研究了雷诺数在25 000~110 000范围内的9种大管径三维内肋管的紊流换热和流动特性,优选出最佳管型,并得出努谢尔特数与范宁摩擦系数关于雷诺数和三维管肋参数的实验关联式。结果表明,三维内肋管的综合特性优于相同管径的光管,换热系数最高可达光管的3.15倍,热力性能系数最高可达光管的1.45倍,表明了大管径三维内肋管在管式换热器中运用的可行性;此外,各主要参数中,肋高对流动换热特性的影响最大,肋间距次之,肋宽最小,为强化管参数提供了优化方向。

关键词：三维内肋管正交试验热力性能系数强化换热

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三维内肋管换热器在卤水预热器上的应用

中国井矿盐 1994年第5期25卷 29-30页

作者：吉天锡自贡市轻工机械总厂

本文简述了三维内肋管换热器在卤水预热器的应用情况，对其应用的体会及前景，加以了评述。

关键词：三维内肋管换热器卤水预热器井盐

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三维内肋管换热器的Yong效率分析

能源通讯 1999年第1期 8-10页

作者：黄飞尤国英

本文建立了作者研制的三维内肋管换热器的Ｙｏｎｇ效率计算模型，并通过实例计算，分析了各运行参数对三内肋管Ｙｏｎｇ效率的影响。

关键词： Yong效率三维内肋管换热器优化

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高Pr数流体在三维内肋管中临界雷诺数研究

华北水利水电学院学报 2011年第6期32卷 14-16页

作者：张川付静廖光亚华北水利水电学院河南郑州450011 重庆大学重庆400030 河南机电高等专科学校河南新乡453003

采用正交试验设计方法,以未使用过的润滑油为工质,对高Pr数流体在肋叉排列三维内肋管中的流动特性进行了试验研究.结果表明:采用肋叉排列的三维内肋管可使高Pr数流体在较低的雷诺数下实现从层流向湍流的转变,其临界雷诺数Recr范围为100... 详细信息

采用正交试验设计方法,以未使用过的润滑油为工质,对高Pr数流体在肋叉排列三维内肋管中的流动特性进行了试验研究.结果表明:采用肋叉排列的三维内肋管可使高Pr数流体在较低的雷诺数下实现从层流向湍流的转变,其临界雷诺数Recr范围为100～200.在工程应用中,采用三维内肋管进行高黏度流体换热,容易使流动处于换热系数较高的湍流区获得明显的强化换热效果.用最小二乘法对试验数据进行多元线性回归,得到了肋叉排列的三维内肋管肋形结构对流态转变的临界雷诺数的准则方程式,为后续的分区强化传热提供参考.

关键词：三维内肋管高Pr数流体正交试验设计临界雷诺数强化传热