正弦型波纹管强化传热机制的数值分析-11.pdf

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1、第３６卷第４期南京工业大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．４２０１４年７月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＪＩＮＧＴＥＣＨＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｊｕｌｙ２０１４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７６２７．２０１４．０４．０１１正弦型波纹管强化传热机制的数值分析陈瑶，顾伯勤，周剑锋，吴士伟（南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京２１１８００）摘要：基于Ｆｌｕｅｎｔ软件建立了正弦型波纹管内流体的数值分析模型，研究了湍流状态下管内流体的流动与传热特性，分析了波纹管不同结构参数及流体进口速度对管内强化传热性能的影响规律。研究表明：当雷诺

2、数Ｒｅ相同时，正弦型波纹管内流体的平均努赛尔数Ｎｕ是其当量直径光管的１?６５～２?６７倍，且当Ｒｅ约为２８０００时，传热效果最佳；波高、波长对波纹管强化传热均有较大影响，在高雷诺数条件下，经过结构优化的波纹管能使回流区与主流区交界处形成不稳定的剪切层，此时传热效果达到最优。关键词：正弦型波纹管；强化传热；数值模拟中图分类号：ＴＫ１２４文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－７６２７（２０１４）０４－００５８－０６ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｅｎｈａｎｃｅｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｔｕｂｅｓＣＨＥＮＹａｏ，ＧＵＢｏｑ

3、ｉｎ，ＺＨＯＵＪｉａｎｆｅｎｇ，ＷＵＳｈｉｗｅｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１８００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｆｌｏｗａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｗａｔｅｒｉｎｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｔｕｂｅｓｕｎｄｅｒｔｕｒｂｕｌｅｎｔｓｔａｔｅｗｅｒｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＦｌｕｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｕｂｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａ

4、ｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＩｔｗａｓｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｅａｎＮｕｓｓｅｌｔｎｕｍｂｅｒ（Ｎｕ）ｉｎｔｈｅｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｔｕｂｅｗａｓａｂｏｕｔ１?６５⁃２?６７ｔｉｍｅｓａｓｍｕｃｈａｓｔｈａｔｉｎｔｈｅｓｔｒａｉｇｈｔｔｕｂｅｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒ，ａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｅｎｈａｎｃｉｎｇｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｗｈｅｎｔｈｅＲｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒ（Ｒｅ）ｅｑｕａｌｅｄａｂｏｕｔ２８０００．Ｔｈｅｗａｖｅｈｅｉｇｈ

5、ｔａｎｄｔｈｅｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｔｕｂｅｈａｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｓｕｌｔｓ．ＵｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｉｇｈＲｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒ，ｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｏｕｌｄｂｅｔｈｅｂｅｓｔｏｎｅｗｈｅｎｔｈｅｕｎｓｔａｂｌｅｓｈｅａｒｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｆｏｒｍｅｄａｔｔｈｅｊｕｎｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂａｃｋｆｌｏｗｚｏｎｅａｎｄｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｅａｍｚｏｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ

6、ｔｕｂｅ；ｅｎｈａｎｃｅｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ近年来，随着传热领域节能、高效、低阻概念的的异型管，如横纹管、螺纹管、波纹管、波节管等。提出，强化传热新技术的研发及其在管壳式换热器波纹管是一种截面呈周期性变化的流体通道，流体［１－２］中的应用已受到越来越多的关注。光管是传统流经波峰波谷时速度、压力发生周期性变化，在波管壳式换热器的常用换热元件，但由于其换热效率峰内出现了分离、漩涡、再附着等过程，形成的径向低，目前已开发出各种形式的、具有强化传热能力流和涡流强化了主流区和壁面流体的混合，增加了收稿日期：２０１３－１０－２５基金项目：国家自然科学

7、基金（５１２０５１８４）；江苏省自然科学基金（ＢＫ２０１１８１０）；江苏省高校自然科学基金（１１ＫＪＢ４８０００４）作者简介：陈瑶（１９８８—），女，河南南阳人，硕士，主要研究方向为微管道的强化传热；顾伯勤（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｂｑｇｕ＠ｎｊｔｅｃｈ．ｅｄｕ．ｃｎ．第４期陈瑶等：正弦型波纹管强化传热机制的数值分析５９流体的湍动程度，减薄了壁面边界层，使流体在较究，发现该波纹管换热效果优于直管，但其研究的低流速下即达到湍流。国内外很多学者对波纹管试