螺旋槽管内流动换热的场协同分析研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：083046 螺旋槽管内流动换热的场协同分析 唐玉峰，田茂诚，李宝兴，曹兴 （山东大学 能源与动力工程学院，济南250061） （电话：0531E-mail：tianmc65@sdu.edu.cn ） 摘要：本文以空气为工质，运用数值模拟结合场协同原理对螺旋槽管内的对流换热进行了分析。讨论 了螺纹凸起，以及螺纹节距、螺纹高度变化对螺旋槽管场协同性能和强化换热能力的影响。结果表明， 利用场协同原理，可以解释结构参数的变化对螺旋槽管传热效果的影响。 关键词：螺旋槽管，强化传热，场协同理论 0 前言 螺旋槽管作为一种高效强化换热元件，已成为强化换热研究领域中备受关注的研究 对象。由于其易于加工，换热性能优良而被广泛应用于石油化工及能源动力等工业领域。 螺旋槽管壁上的螺旋形凹槽可以对管内外的对流换热起到双边强化作用。其主要结构参 数有内径 Di ，螺纹节距P ，螺高度 e，和螺纹头数N ，图 1 为单头螺旋槽管的结构。 对螺旋槽管的研究已经表明，由于螺旋槽的 引导作用，流体在近壁处顺槽旋转，加强了径向 扰动，同时沿轴向在螺纹凸起表面发生绕流脱体， 形成了回流区，并在附点处换热最强[1] 。通过对 实验数据的拟合，很多学者得出了有关螺旋槽管 ， ， 的性能评价准则关联式[2 3 4] [5] 及换热关联式 。由 于螺旋槽管多用于液体与液体换热，或蒸汽凝结 图 1. 单头螺旋槽管结构图 换热，以空气为工质的实验研究开展的相对较少， 这方面王泽宁[2] [3] [5] 、张华 等对空气在螺旋槽管中的对流换热进行了实验研究，陆国栋 对空气横掠顺排螺旋槽管束进行了实验研究，得出了换热强度随螺纹节距及螺纹高度的 变化规律。 本文对空气在螺旋槽管内的对流换热工况进 表 1 螺纹管结构几何参数（Di = 37mm ） 行数值模拟，利用场协同原理对强化换热的效果 螺纹节距P mm 螺纹高度 e mm 进行分析，得出了螺纹节距及螺纹高度对壁面场 10 1.17 1.53 1.71 2.0 协同性能及换热性能的影响规律。过增元[6]在场 16 1.17 1.53 1.71 2.0 协同理论中指出，提高流体速度、换热温差等可 20 1.17 1.53 1.71 2.0 以强化传热，而减小速度矢量与温度梯度间的夹 30 1.17 1.53 1.71 2.0 角可以更有效的强化传热，并将场协同原理运用 项目资助：本研究受到国家重点基础研究发展计划 973 项目（No.2007CB206903 ）, 山东省中青年科学 家奖励基金项目（No.