基于正交试验设计的螺旋管流动与传热数值模拟 刘敏珊.docVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：143148 基于正交试验设计的螺旋管流动与传热数值模拟 刘敏珊，张蒙蒙，王永庆,刘彤 （郑州大学河南省过程传热与节能重点实验室，河南 郑州 450002） ：利用FLUENT软件对螺旋管换热及流动特性进行数值模拟，并采用正交试验法，优化螺旋管结构参数。模拟结果表明，只考虑换热效果的话，螺旋直径影响最大；只考虑压降特性的话，管径影响最大。兼顾努赛尔数和压降两个指标，在本文参数范围内，最优组合为螺旋直径30mm，管径20mm，螺距60mm。将数学统计方法与数值模拟相结合，为换热器优化结构的研究提供一种新的途径。 ：螺旋管；正交试验；努赛尔数；压降 Numerical simulation of flow and heat transfer characteristics of spiral tube based on orthogonal experiment design LIU Min-shan,ZHANG Meng-meng, (Key Laboratory of Process Heat Transfer and Energy Saving of Henan Provice Zhengzhou University,Zhengzhou 450002,China) Tel：0371 E-mail：msliu@zzu.edu.cn Abstract:The flow and heat transfer performance of spiral tube is studied by FLUENT software,and the method of orthogonal experiment is also used to optimize structural parameters of spiral tube.The results show that only consider effect of heat transfer,screw diameter is the most impact of all factors;only consider effect of pressure drop,spiral tube diameter is the most impact of all factors.Both heat transfer and pressure drop are considered,the optimal combination of spiral tube in the range of this paper is obtained as follows:screw diameter 30mm,spiral tube diameter 20mm,pitch 60mm.The results provide a new way to study optimized structure of heat exchanger by combinating mathematical statistical method with numerical simulation. Keywords:spiral tube;orthogonal experiment design;nusselt number;pressure drop 1 引言 螺旋管具有高效换热效率、优越的结构特性、自生离心力场和二次流等特点，使得螺旋管的换热效果相对同流速下的直管提高很多，以此发展出的紧凑式换热器, 尤其冷凝器和蒸发器在食品、医药、电力、化工等行业有广泛的应用。正交试验设计法是统计数学的重要分支。它以概率论、数理统计、专业技术知识和实践经验为基础，充分利用标准化的正交表来安排试验方案，并对试验结果进行计算分析，最终实现减少试验次数，缩短试验周期，迅速找到优化方案的一种科学计算方法，它也是产品设计过程和质量管理的重要工具和方法[1]。将数值模拟与正交试验相结合能够更好地发挥两者的优点，为 优化结构参数提供新的途径。陈志光[2]等采用螺旋管对水池内的水进行加热，螺旋管中间装有搅拌器，来模拟强制对流，实验发现传热系数随着管内外传热温差的减少而减小，随着搅拌的加强而增大；吴双应[3]等在恒热流密度工况下，对螺旋管进行数值模拟，结果表明随着转角增大，二次流作用加强，且垂直于轴向截面的最大速度向管的外侧移动；轴向截面平均努谢尔