种强化太阳能换热的新型涡流发生器.PDFVIP

第24卷 第6期 太 阳 能 学 报 VoI．24．No．6 2003年l2月 ACTA ENERGIAE SoLARIS SINICA Dec．，2003 文章编号：0254—0096【2003)06—0781—05 一 种强化太阳能换热的新型涡流发生器 换热机理与实验研究 周国兵 ，张于峰 ，齐承英2，王 艳 (1．天津大学环境科学与工程学院，天津 300072；2．河北工业大学能源与环境工程学院，天津300132) 摘 要：提出一种强化太阳能热风干燥器和集热器气侧换热的新型涡流发生器一斜截半椭圆柱体，并对其进行了实验 研究及机理分析。在雷诺数为4000～38000的紊流范围内对矩形风道内分别布置单排一对直角三角翼、矩形翼、梯形 翼、斜截半圆柱体、斜截半椭圆柱体等涡流发生器的强化传热效果和压降特性进行了对比实验。实验在稳态的气水逆 流换热方式下进行，并固定各涡流发生器的高宽比为1／2，该迎流攻角为60。。结果表明，斜截半椭圆柱体是具有优 越的强化气侧换热效果和低压降特性的新型涡流发生器。该对这种新型涡流发生器强化换热的机理作了初步分析。 关键词：太阳能利用；强化传热；涡流发生器；压降；马蹄涡；端部涡 中图分类号：TK124 文献标识码：A 0 引 言 1 实验系统与方案 太阳能热风干燥机和集热器是重要的太阳能利 本文实验系统如图1所示。实验段以860mm× 用装置，在热风干燥、空气调节及供热系统中都有 240mm×2．4mm(厚)的紫铜板为换热板进行气水 着广泛的应用。但这两种设备均存在着共同的缺 逆流换热。在空气进出口和热水进出口布置铠装铂 陷，即空气的导热系数较低、热流密度小，使得太 铑一铂热电偶测温，水侧铜板开细槽埋设经过标定 阳能利用率较低。适当提高空气流量率，可改善其 的铜一康铜热电偶21个，以测量壁面温度，测温数 热性能n J，但受到能耗及工艺条件的限制。气侧 据由HP34970A数据采集系统采集。涡流发生器用 热阻较大始终是这类设备热效率较低的关键因素。 耐温胶固定在气侧铜板前部，方位如图2所示。空 利用涡流发生器诱导涡旋来减薄或破坏流体边 气流速用EY3—2A热线风速仪测量，水流量用LZB 界层及层流底层，是一种强化气侧换热的有效途 型转子流量计测量，在实验段的进出口布置测压 孑L，用YYT一2000倾斜式微压计测量压力损失。实 径_2]，该方法因其不需直接利用外部能量近年来 验分别对单排一对直角三角翼、矩形翼、梯形翼、 备受关注。许多工作者对一些翼型和柱型涡流发生 斜截半圆柱体、斜截半椭圆柱体(后三者斜边倾角 器的强化传热效果和压降特性进行了研究 q ， a=20。和12。)及无涡流发生器的平直流道在雷诺数 但这些涡流发生器或阻力损失较大(翼型)，或强化 Re=4000～38000范围内的7种工况下进行对比实 传热效果不好，综合性能并不令人满意。本文对一 验，涡流发生器外形分别如图3所示。所有涡流发 种新型涡流发生器——斜截半椭圆柱体，在Re=