肋参数对复合肋套管流动和换热的影响研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编弓：063222 肋参数对复合肋套管流动和换热的影响木 郭海生杨茉单彦广卢玫余敏 (上海理工大学动力学院上海市军工路516+学200093) ’Tel：02 1 Email：ghs029@yrahoo．corn．ca 摘要 同心复合套管式回热器是微型燃气轮机的重要部件一紧凑式回热器的一种类型。本文采用 Fluent对有交错肋的同心套管中的对流与换热进行了数值模拟。结果表明：在本文所给边界条件下， 肋的一些参数，比如冷、热流体通道内的肋之问的夹角，肋片的导热系数和管长会对Nu数产生影响， 但夹角的变化对摩擦系数几乎没影响。 关键词’复合肋套管肋参数数值模拟 1．引言 复合套管是套管式回热器的一种换热芯体。由于这种换热芯紧凑度较高，压降小， 因而做成的套管换热器体积较小，可以作为微型燃气轮机的回热器【lJ。刘明会等[21对这 种套管式微型燃气轮机的回热器加以改进，提出了纵向加肋以强化换热的复合肋套管式 回热器，并对其流动和换热进行了数值预测。笔者预计，这种复合肋套管式回热器各通 道中肋的排列方式会对流动和换热产生影响。例如，如果各个通道中布置的肋在周向交 错一个角度，有可能强化换热，而且这种影响会随肋片的导热系数和管长发生变化。本 文以套管式回热器为应用背景，对复合肋套管内交错布置肋片时的流动和换热进行了数 值预测，试图找到比较优化的复合肋套管回热器结构。 2．问题的数学模型及数值方法 2．1物理问题 套管式回热器芯体的基本组件为四根同心管，如图l和图2所示。四根同心管构成 图1．同心套管组件及流动示意图 图2．同心交错肋套管截面示意图 ’固家自然科学慕会项目(编譬及上海市重点学科建设课题(能源岛) 1130 三个环形通道，A管与B管之间定义为l通道，B与c之间为2通道，c与D之间为3 通道。低温高压流体从中间2通道流过(实线)，高温低压流体从1、3通道逆向流过(点 划线)，即冷热流体通过B、c两根管道壁面与热流体交换热量。最内层管道中无流体 通过，可认为内壁绝热；最外层管壁外也无流体流过，并被封仞j在一个外罩内，因此外 壁也可看成是绝热使问题简化，忽略辐射换热影响，并假设研究对象为常物性、流动为 层流。 图2所示为所要研究问题的横截面。由图2可见，沿周向均匀分布了8个纵肋，冷 流体通道(2通道)与热流体通道(1、3通道)布置的肋沿周向错开一个角度(p。本文 的意图是(p取不同值时对流动和换热进行数值预测。 2．2控制方程 本文采用整体求解法处理导热与对流换热的耦合，因此，流体及固体区域均采用如 下的控制方程组描述； V·IJ=0 (1) u·Vu—Vp+老V2u c2， u·V。=万去可V20(流体区域) (3) u--O，．V2e=0(固体区域) (4) 其中， u-v／％，尸：PI[pUm2)，。：磐 |h。|c 胎：盟， P’r：堕 y k， u、V分别是无量纲速度矢量；％是第1、3通道入口速度；兀P分别是温度和 压力函数。Dh取为通道2的内外直径差，k，是流体导热系数。 2-3边界条件 流体出口处速度梯度取0，并假定出口处嗣体壁面为恒壁温