基于粒子成像测速技术的内置螺旋弹簧换热管内流场研究.pdf

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1、第45卷第2期石油化工设备Vo1．45NO．22016年3月PETRO—CHEMICALEQUIPMENTMar．2O16r-+·+一+i试验文章编号：1000—7466(2016)02—0001—0006基于粒子成像测速技术的内置螺旋弹簧换热管内流场研究徐建民，吴雯，雷斌，邹宇，郑小涛(武汉工程大学化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室，湖北武汉430205)摘要：采用粒子成像测速技术研究了换热管内置螺旋弹簧时的流场特性以及螺旋弹簧的参数对管内流场的影响。结果表明，在管内设置螺旋弹簧有十分明显的扰流效果，不仅增加了管内流体的

2、漩涡强度，而且加快了管内流体的流动速度；内置螺旋弹簧管内流体的径向速度呈M型波动；内置螺旋弹簧的中径、节距以及簧丝直径是影响流场变化的主要因素。关键词：内置螺旋弹簧换热管；粒子成像测速；流场特性；研究中图分类号：TQo5o．1文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—7466．2016．02．001StudyofFlowFieldCharacteristicsinHeatExchangeTubewithHelicalSpringInsertBasedonParticleImageVelocimetryXUJ

3、ian-min，WUWen，LEIBin，ZOUYu，ZHENGXiao-tao(HubeiProvincialKeyIaboratoryofChemicalEquipmentIntensificationandIntrinsicSafety。WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430205，China)Abstract：Theflowfieldcharacteristicsandtheinfluenceoftheparametersofthecoilspringontheinnerflowfiel

4、darestudiedbyusingtheparticleimagevelocimetr~．Theresultsshowthatthecoilspringhasaveryobviousdisturbingeffectonthetube，whichnotonlyincreasesthevortexstrengthofthetube．butalsospeedsuptheflowrateofthefluidinthetube．Theradialvelocityofthefluidintheinnerspiralspringtubei

5、sofMtype．Themiddlediameter，pitchdiameterandspringwirediameterarethemaintargetsoftheflowfieldchange．Keywords：internalspiralspringheatexchangetube；particleimagevelocimetry；flowfieldcharacteristics：study强化传热技术作为新时代的一种节能技术已经体流动会产生不同程度的扰流作用，主要表现在流在石油、化工、电力、航天等行业得到了广泛的推广体

6、流经扰流物时会产生漩涡，并且随着主流方向向应用E3J。关于强化传热技术的研究发现，内插物对前运动，形成有序的纵向涡，从而可以降低流动换热管内流场的变化有十分关键的作用，当管阻力损失，这对实现强化传热具有非常重要的意义。内插入扰流元件后，对管内主流区及壁面区域的流因此，研究内插物对管内流场的影响是必要的，现在收稿日期：2015一l1—2O基金项目：国家自然科学基金(50976080)作者简介：徐建民(1965一)，男，湖北鄂州人，教授，硕士，现从事新型高效热交换器的研究与开发工作。石油化工设备2016年第45卷多数学者采用的是数

7、值模拟方法]，即通过对管内插入扰流物的内部流场建立数学模型，利用计算流体动力学(CFD)软件对数学模型进行理想化的分析，从而得出相应的数值模拟结果，但这种方法不能完全真实地反映流场的变化情况，具有一定的局限性；。为_『与上述方法进行对比，笔者采用粒子成像测速(particleimagevelocimetry，PIV)技术对图2管内螺旋弹簧参数图以水为介质且透明圆管内插入螺旋弹簧的流场进行流场测量采用德国LaVision公司的粒子成像实验研究，分析了管内置人螺旋弹簧的情况下流体测速系统。本实验所用的激光器是YAG双脉冲激流动结构

8、的变化，并将管内有螺旋弹簧和无螺旋弹光器，提供光源波长为532nm的激光。用于对激簧时的流场进行了比较，对具有不同螺旋弹簧参数光照射的研究区域进行拍照的相机具有高性能逐帧的管内纵截面流场进行了测量与分析。扫描的CCD芯片，相机的型号为ImagerProPlus／ProX4M系