二次流强度的无量纲参数在涡产生器管翅式换热器中的应用

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1、学术会议论文编号:123241二次流强度的无量纲参数在涡产生器管翅式换热器中的应用宋克伟：王良璧(兰州交通大学机电学院，铁道车辆热工教冇部重点实验室，兰州730070)CTcl:0931-4956385,Email:songkw@mail.lzjtu.cn)摘要：二次流因能以较小的压力损失提高对流换热系数，在强化传热领域屮得到了广泛的应用。管内咒纽带、螺旋线圈、波节管、螺旋管、内外肋管以及各种形式的涡发生器等椰是通过产生二次流来达到强化传热的目的。但是，对二次流的描述却一-肓缺少冇效的工具和手段。长期以來，人们对二次流只是进行定性的分析

2、。定量描述参数的缺乏，使得对二次流的研究还不够深入，对二次流强化传热机理的认识还不明晰。本文通过二次流强度的无量纲参数Se,定量的分析了换热器通道屮的二次流强度及涡产生器所产生的二次流强度；分析、研究了二次流强度与之间的对应关系，并丿IJSe对涡产生器在不同片间距下増强二次流及强化传热的效果进行了分析。二次流强度无量纲数S*对促进深入研究和应用二次流强化传热具有重要意义。关键词：二次流；二次流强度;无量纲数Se0前言内容为五号宋体。二次流是与主流性质不同的从属流动，因其能以较小的压力损失捉高对流换热系数达到强化对流换热的FI的，在强化传

3、热领域中得到了广泛的应用。典空的二次流有著名的迪恩涡和泰勒涡⑴，螺旋管、内螺纹管、内肋管【2］、内插纽带管⑶、涡产生器⑷等都可以产生二次流来达到强化传热的目的。一直以来，针对二次流强化传热的研究基本上主要针对如何产仝二次流以及产纶二次流的结构参数对强化传热的影响等方血，很少有文献针对二次流的描述和量化开展研究，因此，二次流的描述一胃缺少一个普适参数。文献⑸用与主流方向垂直的横截血上的速度的大小值來衡量二次流的强弱，文献［6・8］用主流方向的涡通最值在横截面上的平均值来衡最二次流的强度。但是，山于文献［5-8］对'二次流的强度描述参数都是

4、有量纲值，因而不具有普遍适用性。文献［3］提出了一无量纲数Sw用来衡量二次流的强度，但是Sw仅仅适用于内插纽带管内的二次流强度描述，对于其它二次流场合却不适用。因此，一个描述二次流强度的通用无量纲参数对于衡量二次流的强弱、二次流强度与传热强化之间的对应关系以及深刻认识二次流强化传热的机理及其应用具有重要意义。文献［9］提出了二次流强度的无最纲数Sc并给出了参数Sw的明确物理意义。本文利用参数定量的研究了翅片式换热器通道中涡产生器产生的二次流强度，二次流强度与M/Z间的对应关系，并用央对涡产生器在不同片间距卜•增强二次流强度及强化传热的效

5、果进行了分析。基金项目：国家口然科学基金资助项II(No.51006048)1二次流强度无量纲数Se及物理模型二次流是与主流方向垂直的横截面上的流动。如果主流"沿着X方向，那么二次流就与主流方向垂直的横截面上的速度冇关，也就是与速度分虽「和W冇关。涡屋是流体速度矢虽的旋度，主流方向的涡量与主流方向垂直的横截面上的速度分量的梯度冇关：dw/dy-dv/dZ.这样，二次流就与涡量在主流方向的分量相关。由于流动边界封闭，涡呆沿主流方向的分量在横截血上的积分值始终为零⑹。因此，涡通量沿主流方向分量无法反应横截面二次流的信息。文献［6・8］根据横

6、截面上涡最值正负抵消的现象，将主流方向的涡通量取绝对值，这样横截面上的涡通量值就不会因流动方向而出现相互抵消的问题。1amjjl(ortldAA(x)这里，（OV=Vx，人是横截面积，E是3在主流方向的分量，丿爲是主流方向的涡通量绝对值，反应流体绕X轴的角速度,J：RS与水力直径/的乘积代表流体绕x轴的速度。这样，二次流强度无量纲数快可以定义为〔典Se-Pd；J；bs—PdMJ；bs）—pd2s⑵这里，Se代表二次流的强度，久是水力直径，Us=dJ；Bs代表二次流的特征速度。公式⑵与&的定义式虽具有相同的形式，但是它们却代表不同的物理意

7、义。呢代表由主流引起的惯性力与粘性力的比值，而乂代表由二次流所引起的流体惯性力与粘性力的比值叫二次流强度无量纲数央为定量的描述二次流的强度、二次流强度的变化值、二次流强度与对流换热之间的关系以及二次流强度与压降变化之间的关系提供了工具。木文研究了二次流无量纲参数央在涡产生器翅片式换热器中的应用。模型示意图如图1所示。在翅片上布置有三角小翼式涡发生器，每扁管各有两对涡产生器关于扁管对称分布，涡产生器前端分别布置在扁管前端切线和扁管中间位置上。模型的其它尺寸如图2所示,扁管间距S］=40mm,S2=55mm,扁管宽a=3A5mm,扁管长b=

8、46.3mm,涡产生器高度//=4mm,底边长L=8mm,攻击角0=35。,翅片间距7p=4,5,6mm,涡产生器间距离c=2a。图1计算模型示虑图2计算区域及翅片结构2控制方程及边界条件对于本文所研究模型