傳熱管內(nèi)置金屬絲網(wǎng)強(qiáng)化傳熱特性的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著能源危機(jī)，環(huán)境惡化等問題的日益嚴(yán)峻，提高能源利用效率，發(fā)展可再生能源主導(dǎo)著能源新革命。換熱設(shè)備作為能量傳遞與轉(zhuǎn)化的工具，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、礦產(chǎn)等工程領(lǐng)域。因此，發(fā)展換熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊的新型換熱設(shè)備成為提高能源利用效率的有效途徑。本文提出兩種新型強(qiáng)化傳熱管，以水為工質(zhì)，恒熱流邊界條件下，對(duì)其流動(dòng)傳熱特性展開數(shù)值模擬研究，研究了傳熱管在層流狀態(tài)下的換熱性能，提示強(qiáng)化傳熱機(jī)理。
　　首先，本文提出了內(nèi)插圓柱絲網(wǎng)強(qiáng)化傳熱管

2、，即在傳熱管內(nèi)懸空插入絲網(wǎng)圓柱。微米級(jí)絲網(wǎng)網(wǎng)孔，厘米級(jí)管徑，米級(jí)管長構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜多尺度計(jì)算模型，基于幾何建模與計(jì)算載荷考慮，提出當(dāng)量直徑一致原則與流通面積一致原則，將三維計(jì)算模型轉(zhuǎn)化為二維計(jì)算模型。通過跨接網(wǎng)格方法，將網(wǎng)孔微米級(jí)網(wǎng)格與主流區(qū)網(wǎng)格合理鏈接，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，保證模擬數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。研究發(fā)現(xiàn)不同工況下，傳熱管內(nèi)存在傳熱強(qiáng)化區(qū)與傳熱惡化區(qū)，且傳熱強(qiáng)化區(qū)長度與雷諾數(shù)Re存在強(qiáng)線性關(guān)系。基與該線性關(guān)系準(zhǔn)則，進(jìn)一步設(shè)

3、計(jì)了周期性強(qiáng)化傳熱管，即在傳熱內(nèi)分段插入絲網(wǎng)圓柱。結(jié)果表明，①周期性強(qiáng)化傳熱管可實(shí)現(xiàn)全長度強(qiáng)化傳熱，消除惡化區(qū);②速度場與溫度場得到有效調(diào)控，速度出現(xiàn)“雙峰分布”新現(xiàn)象，近壁區(qū)速度及速度、溫度梯度增大，邊界層厚度明顯減薄。
　　其次，本文進(jìn)一步研究了周期性強(qiáng)化傳熱管中絲網(wǎng)圓柱出口封頭對(duì)傳熱性能的影響。分別研究了不加封頭，實(shí)心封頭，多孔絲網(wǎng)封頭三類結(jié)構(gòu)的傳熱性能。結(jié)果表明，實(shí)心封頭傳熱管性能最優(yōu)，不加封頭傳熱管性能最差。
　　

4、最后，本文提出利用絲網(wǎng)圓錐代替絲網(wǎng)圓柱，構(gòu)造新型傳熱管。與絲網(wǎng)圓柱垂直端面相比，錐形端面可有效減小流動(dòng)阻力。選取三種不同絲網(wǎng)圓錐底面直徑（δ/D=0.6、0.7、08）、間距（S/D=2、205、3）以及絲網(wǎng)規(guī)格(PPI=80、200、400)組成的27組結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用層流模型及周期性邊界條件，研究不同參數(shù)對(duì)傳熱管性能的影響，并選出最優(yōu)參數(shù)組合。結(jié)果表明，①絲網(wǎng)圓錐底面直徑δ越大，絲網(wǎng)圓錐間距S越小，傳熱管綜合性能越優(yōu);②絲網(wǎng)規(guī)格PPI