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《螺旋管紧凑式换热器传热性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第7卷第2期热科学与技术Vol.7No.22008年6月JournalofThermalScienceandTechnologyJun.2008文章编号:16718097(2008)02011505螺旋管紧凑式换热器传热性能分析孔戴,彭晓峰,杨震(清华大学热能工程系相变与界面传递现象实验室,北京100084)摘要:数值模拟研究了紧凑式小管螺旋管换热器的流动换热特性。螺旋管换热器由35个单管(直管和弯管)构成,管外为空气冷却,管内流过不同温度的液体工质R141B。模拟结果表明,各单根
2、螺旋管内外对流传热系数、温度分布和传热性能,主要受内外流体温度梯度、回流条件、外部空气流速和单根管的传热表面积等因素的影响。关键词:换热器;螺旋管;管排布;强化传热中图分类号:TK124文献标识码:A螺旋管对流传热。0引言1模拟方法螺旋管结构具有高传热性能,以此发展出的紧凑式换热器,尤其冷凝器和蒸发器在食品、医螺旋铜管换热器结构见图1,其中rb1、rb2、药、电力、化工等行业有广泛的应用。由于弯曲段rb3与rb4分别为弯管段,而rs1、rs2、rs3与rs4分离心势所诱发的二次流,螺旋管可以
3、强化传热。别为直管段。管内径d=1mm,管间距y=2d,文献[16]中已有一些关于螺旋管流动传热的换热器为7mm10mm11mm,正中置于大空[1]数值模拟和实验研究。Moawed实验研究了纵向间(即计算域为200mm200mm200mm)空和横向螺旋管的自然对流传热性能,发现平均传热气中进行内外流体的对流传热。和整个域相比,换系数随管间距与管径的比、螺旋半径与管径的比以热器尺度很小,对空气流动的模拟不会受到流场及管长与管径的比的增加而增加。Huttl等和边界的影响。[23]Fried
4、rich等采用直接数值模拟法(DNS)研究了直管段与弯管段的总表面积分别为经过环形和螺旋管道的充分发展流,显示了湍流结As=2Ae+16As+2Ac=2(1413)+2构的瞬时速度场。发现管道曲率诱发二次流并对流16(1142)+2(634)=22364mm量和湍度具有很强烈的影响,而扭转效应弱于曲率Ab=6Abo+8Abi+Abc=6(2962)+[4]2效应。Dong等模拟了螺旋管内的层流(Re=8(996)+996=26737mm(1)41000)和湍流(Re=251
5、0),并获得相应的摩擦式中:下标b、bc、bi、bo、e与s分别表示弯管、连接系数和Nusselt系数。这些数值与实验研究主要分内外螺旋管的弯管、内层弯管、外层弯管、进出口析了螺旋管管道的曲率和扭转特点。段的直管和内外层直管。图1所示螺旋管换热器2本文主要模拟紧凑型螺旋管换热器的流动换的总传热面积为At=As+Ab=491mm。热特性,螺旋管换热器由直管和弯管构成,管内流在笛卡尔坐标系下,外层空气流动和传热控过气体工质R141B,管外为空气流。运用Fluent制方程分别为V6和层流模型,研究了不同
6、温度和流动条件下的连续性方程:收稿日期:20071120;修回日期:20080430.基金项目:国家高技术发展计划(863计划)资助项目(2007AA05Z200).作者简介:孔戴(1972),男,几内亚人,博士生,主要从事保温材料与性能、高效换热器技术等研究.116热科学与技术第7卷uiuj2uk+-ij-ujui-ijp=0xjxjxi3xk(8)能量方程:T-ujcpT+v=0(9)xjxjuiuiuj2uk式中:v=+-
7、ij;为黏性xjxjxi3xk3系数,kg/(ms);为密度,kg/m;ij为Delta图1螺旋管结构函数;p为压力,Pa;为导热系数,W/(mk);Fig.1Geometricconfiguration为曲率;cp为比定压热容,kJ/(kgK)。(u)+(v)+(w)=0(2)采用商用软件FluentV6模拟螺旋管内外的xyz强迫流动传热。管内流动工质为R141B,管内流速动量方程:-5v=01m/s,相应的Re为49710,进口温度u
8、uuu-+uv-+xxyyT=350K。管外空气流的流速为u=2m/s,对应upu计算域尺度的Re为125(取管径1mm为特征长uw-=-++zzxxx度),进口温度T=300K。这里考虑的问题是管vw+(3)内制冷剂三维稳定层流,管外空气则为三维稳定yxzx湍流流动。vvuv-+vv-+xxyy从管内到管外的对流流动传热使用C语言编vpu程的UDF(用户定义函数)模块解耦,控
