椭圆管内对流换热与流动阻力特性研究
椭圆管换热器介绍
d1 D
d2
D
空气不会逃逸，扰流少 椭圆管
空气出现逃逸，扰流多 圆管
6
二、椭圆管换热器技术介绍
3、技术特点-低风阻
风阻 700 (Pa)
600
500
6列，翅片间距2.0mm，湿工况
椭圆管换热器 9.52圆管换热器
减少50％
400
300
200
100
0
风速
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 6 (m/s)
圆管 9
二、椭圆管换热器技术介绍
3、技术特点-高性能
气 流
图1 圆管速度云图（v=3m/s）
图2圆管温度云图（v=3m/s）
图4 椭圆管温度云图（v=3m/s）
10
二、椭圆管换热器技术介绍
3、技术特点-高性能
80
6列，翅片间距2.0mm，湿工况
传热系数（w/m2k）
椭圆管（12.55-8） 30.00 26.00 10.00
椭圆管（16.3-9.4） 31.75 27.50 12.70
圆管 （Φ9.52） 圆管 （Φ12.7）
25.40 22.00 9.52 31.75 27.50 12.70
0.32 0.32 0.35 0.30 0.35
2
二 、 椭圆管换热器技术介绍
249
电机效率(ηm)
90%
90%
风机效率(ηf)
54%
54%
空气输送动力(kw) 6.744
14.232
电费单价(元/度)
0.8
0.8
每小时费用(元) 5.40
11.39
年使用小时数
3000
3000
年使用费用(元) 16187
小扭率扭曲椭圆管层流流动与传热的数值分析
ｔ ｓｅ ａ ａ ｔｒ ；ｔ ｅｆｉｔ ｎ ｆ ｃｏ ｅ ｒａ ｅ ｔ ｎ ｒ ａ ｉｇ Ｒｅ ｎ ｌ ｓｎ ｍｂ ｒ ａ ｄ ｂ ａ Ｂ ｓｄ ｓ ｗｉｔｄ ｐ ｒ ｍｅｅ ｈ ｒｃｉ ａ ｔ ｒｄ ｃ ｅ ｓ ｓｗｉｈ ｉｃ ｅ ｓｎ ｙ ｏｄ ｕ ｅ ， ｏ ｎ ／ ． ｅ ｉｅ ，
数 ｂ ａ的增大而减小， ／ 而阻力系数 ． 厂随着 ＲＰ扭 率 丁 以及 椭圆管几何参数 ｂ ａ的增大均减小． 、 ｒ ／ 另外 ， 从
速度场和温度场耦合的情况 来看 ， 流状 态下 的换 热得 以强化 的原 因在 于扭 曲椭 圆管 内流体发 生旋 层 转， 产生 了二次流， 而与主流相 比较 小的二 次流可大大强化传热 ， 使得 管 内流体 的换 热得 到强化． 关 键词 ： 强化传 热 ； 数值 分析 ； 曲椭 圆管 ； 次流 扭 二 中图分类 号 ： Ｔ １ ， ４ Ｂ１２ ０ ２１ 文 献标志 码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ４０ ６ （ ０ ０ ０ —０ ８０ １０ —３ ６ ２ １ ） ３０ ８ —５
ＬＩ ＮＧ ａ — ｏ， ＡＮＧ ａ ｇ ｂｉ ＬＩ Ｚｈ — ｎ Ｘｉｏ ｂ Ｗ Ｌｉ ｎ － ， Ｎ ｉｍｉ （ ｃ ｏ ｌ ｆ ｃａ ｉａ ｇｉｅｒｎ ｎ ｈ ｕＪ ａ ｔｎ ｎ ｖ ｒｉｙ， ｎ ｈ ｕ ７ ０ ７ Ｃｈｎ Ｓ ｈ ｏ Ｍｅｈ ｎ ｃ ｌＥｎ ｎ ｅ ｉｇ， ｚ ｏ ｉｏｏ ｇ Ｕ ｉｅ ｓｔ Ｌａ ｚ ｏ ， ３ ０ ０， ｉａ） ｏ
圆管内对流换热过程中潜热型功能流体流动阻力特性的实验研究
第5卷第4期2006年12月热科学与技术Journa l of Therma l Sc ience and TechnologyV o l .5N o.4D ec .2006文章编号:167128097(2006)0420283205收稿日期:2006201202; 修回日期:2006209219.基金项目:教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(6803001005);东南大学科学基金资助项目(9203007013,9203001337).作者简介:郝英立(19632),男,辽宁沈阳人,教授,博士,博士生导师,主要从事多相流理论与应用、微流动与传热等方面研究.圆管内对流换热过程中潜热型功能流体流动阻力特性的实验研究郝英立1, KHAN A 2, TAO Yong 2X 2(1.东南大学动力工程系,江苏南京 210096;2.佛罗里达国际大学机械与材料工程系,美国迈阿密 33199)摘要:实验研究了由正十四烷和尿素甲醛树脂制成的相变微胶囊和水混合制成的潜热型功能流体在流过恒热流圆管进行对流换热时的流动阻力特性,获得了压降随流速的变化关系、摩擦阻力系数和表观黏度随R e 的变化关系。
并在同样条件下用单相水进行了对比实验。
相变微胶囊的加入导致流体流动阻力较单相流体有显著增大。
管路中扰动件导致单相流体的流动阻力特性在低R e 条件下呈湍流特征;功能流体则呈不同规律,扰动仅导致流动阻力进一步增大,而流动阻力特性仍呈层流特征。
关键词:压降;摩擦阻力系数;黏度;潜热型功能流体;相变微胶囊中图分类号:O 359文献标识码:A0 引 言内部封有相变材料(m icroencap su lated p hase 2change m aterial:M CPC M )的微胶囊微粒与液体混合制成潜热型功能液固两相流体,由于相变材料在融化 凝固相变过程中吸收 释放潜热,而在其相变温度段具有很大的表观比热,且由于相变微胶囊对流体流动和传热的影响和与壁面的相互作用,可明显增强与流道壁面间的传热能力,是一种集储热与强化传热功能于一身的新颖材料,为换热设备的小型化开辟了新途径,在太阳能利用、航天器的热控制、电子设备冷却、换热器、采暖和空调等领域有着广阔的应用前景。
波纹管管内层流流动和换热规律的实验研究及数值模拟
ｆ１１ Ｗｊｂｂ Ｒ Ｌ．Ｐｒｉｎｃｉｐｆｅｓ ｏｆ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｈｃａｔ ＴｒＯｉｌｓｆｅｒ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｊｏｈｎ Ｖ、｜ｑｌｆｅｙ＆Ｓｏｎｓ．Ｉｎｃ．１９９４
［２】Ｔａｏ Ｗ Ｑ Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ Ｌａｍｉｎａｚ Ｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ Ｈｅａｔ Ｔｒａｒｔｓｆｅｒ ｆｒｏｍ Ｉｎｔｅｒｎａｌｉｙ Ｆｉｎｎｅｄ Ｔｕｈｅｓ ＡＳＭＥ Ｊ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，１９８７，１０９（３）：７９１ ７９５
ＩＮ ＣＯＲＲＵＧＡＴＥＤ ＴＵＢＥＳ
ＺＥＮＧ Ｍｉｎ ＳＨＩ Ｌｅｉ ＴＡＯ Ｗｅｎ—Ｑｕａｎ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＭｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎ百ｎｃｃｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎ Ｊｉｍ，ｔｏｎｇ［ｈ２ｉｖｅｒｓｉ吼划ｋｎ ７１００４９、Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｎｈａａ：ｌｃｅｒｎｅｎｔ．ｔｈｅ ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｔｕｂｅ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ
坐标下求解波纹管内的流动和换热。嘲格系为同位
网格，采用ＳＩＭＰＬＦ，Ｃ来处理速度和压力的耦合问
题，对流项的离散格式为ＱＵＩＣＫ。计算时，计算区
间取１５个波节作为计算周期，相应的边界条件处理
如下：
入口条件：¨＝叫ｍ ｕ＝０，ｔ＝ｔ协；
（１）
出几条件：速度和温度均采用充分发展的边界 条件；
壁面条件：【ｌ！ｄ体壁面上的速度采用无滑移边界 条件，等热流的热边界条件采用附加源项法来处理；
压缩机中冷器椭圆肋管与圆肋管的传热及流动阻力性能比较试验研究
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Ｖｏ ３ Ｎｏ ｌ ０， ４， ０ ２ ０２
ＦＬ Ｄ ＡＣＨＩ ＵＩ Ｍ ＮＥＲＹ
９
式中
０ ——一 热速 率 ， 传 ｗ
— —
ｒ —— 饱 和蒸 汽 的冷凝 潜 热 ，， Ｊ
— —
１ 引 言
１有 关 尺 寸 见 表 １ ， 。试 验 装 置 如 图 ２所 示 ， 汽 蒸 发生器 产 生饱 和蒸 汽在 管 内冷凝 ， 凝 液 经容 积 冷 流量 计测量 ， 气用 通风 机输送 ， 转 子流量 计在 空 经
为 了提 高气 体 侧 的对 流传 热 性 能 ， 压缩 机 对 中冷器 常 采用外 肋 片 管 以增 大 扩 展 面 积 、 化 对 强 气流 的扰 动 。这 种 扩 展换 热 面 的式 样 很 多 ， 见 常 的有 管 子截 面为 圆形 、 肋片 为方 形 和圆形 等形 式 ． 也有 管子 截 面为椭 圆形 、 片也 为椭 圆形 的形 式 。 肋 其 中带外 肋 的椭 圆形 管管束 由于椭 圆形管 受外 压 容易失 稳 变形 ， 以限 制 了它 在 较 高压 力 情 况 下 所 的应用 。采用 管 子 截 面 为 圆形 、 片 为椭 圆形 结 肋 构型式 的中冷 器 可 以 在 较 高压 力 情 况 下 使用 ， 但
ｎ ｇ Ｄｅ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅＣ ｔｔ ｒ￣ ｅ ｅ ｐ ｎ ｎ 叽 ｈ ａ ｓ ｃ： ｒ ｈ Ｏｎｌ ａ Ｖ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ＇Ｏ ｉ ￣ ｅｔ ｈ ａ ｎ 出 ｅ ｔｈ ｒ
ｌ ａ ｄｆ ｗ 磷 ｉ ｒ ｅｏ ｌ Ｄ ｃｒ ｎ ｉ ｕａ ｉ ａ ａｔｅ ｕ ｎ ｌｖ ｏ ｓ 岛 ｎ ｌ ｏ ａＬ ｆ ｌ ６ ｉ ａ ｄ ｃｒ ｌｒ ｂｗ ｓｃ ｓｌｄ Ｉ ｄａ ｒ幅 ｎ ０ ｅｉ ｂ ｃ ｒ ａ ｖ ｎ．Ｉ ｗａ ｏｎ ｅ ｕ ａ ｅｃ ａａ ｔｄ ｅ ｔ ｓｐ ｉｔｄ ｏ ｔ ｈ ｔ ｈ ｈ ｒｅｅ ｓ ｔ ｔ ０ ｅ ｔ ａ ｓ ｒａ ｄ ｆ ｗ — ｆｈ ａ ｎ ｎ ｏ ｒ ｈ ｅ ｌ ｅ
椭圆管散热器传热及阻力性能试验研究
能 ；李 大鹏 等采 用有 限元软件 ，对 不 同形 式和 结构 的椭 圆管 进行 了数值模 拟 。归纳 来 说 ，关 于 椭 圆翅 片管 的这些 工作 一 部分是 对 某些特 定 尺寸 、结构 椭 圆翅 片管 的试验 研 究 ， 部分 是对 椭 一
收稿 日期：２０ － １ １ ０ ６ １— ３
作者简介：段 芮 （ ７一 ，女（ ，硕士研究生，ｆ１ ７ ＠１３ ｏ １ ９） ９ 汉） ａ １ ９ ６． ｍ。 １９ ｃ
维普资讯
１６ Ｏ
能源研 究与信息
２０ ０ ７年 第 ２ ３卷
翅 片 管的传 热 及 阻力性 能 ，为 以后 人们 选购 、使用 这类 椭 圆翅 片管提 供 参考依 据 ，同时 也为研 究设 计人 员 、工程 技术 人 员改进 此 类管 型提 供宝 贵 经验 。
究，得 到试件在一 系列工况下的传热 与管 外流动阻力数据 ，并对试验 数据进行 分析计 算 ，从 总传 热 系数 Ｋ 中分 离出管外空 气侧的对流换热 系数 ｈ ，给 出有工程应 用价值 的管外换 热准则 关 系式及管外 阻力 准则关 系式 。认为椭 圆管管外的平均换热效 果优 于 圆管 。在相 同的流通截
基管 厚度／ ｍ ａ ｒ
方翅 片尺 寸／ ｍ ａ ｒ 片￣ ／ Ｅ ｍｍ 片厚／ ｍｍ
１９ ４ １ｘ９
第 １ ２５ 第 ２排 ４０ 排 ．／ ．
０．５ ３ ５０ ０ ５ ０ 厶 ２ ５
试件 管子 长度／ ｍ ａ ｒ
试件管子问￣ ／ Ｅ ｍｍ 试件管子排数 试件管子列数
中冷器冷却扁管管内传热及流阻性能研究
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｒ ｐ ｒ ｉｓ ｏ ｅ ｔｔ ａ ｓ ｅ ｎ ｏ ｒ ｓｓａ ｃ ｎ ｃ ｏ ｉ ｇ ｔ ｄ ｎ ｐ ｏ ｅ ｔ ｆｈ ａ ｒ ｎ ｆ ｒ ａ ｄ ｆ ｗ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｉ ｏ ｌ ｅ ｌ ｎ ｎ ｔｔ ｂ ｆｉ ｔ ｒ ｏ ｌ ｒ ａ ｕ ｅ ｏ ｅ ｃ ｏ ｅ ｎ
ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ，ｈ ｅ ｕ ｔ ｗｅ ｅ ｐ ｏ ｅ ｅ ｙ ｇ ｏ ｏ ｒ ｌｔ ｎ Ｔ ｅ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｈ ｕ ｒ ａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｍｅｈ ｄ ｗａ ｅ ｆ ｄ Ａｌｏ ｔ ｅ ｅ ｐ ｃ ｉｅ ｙ ｔｅ ｒ ｓ ｌ ｒ ｒ ｖ ｄ ａ ｖ ｒ ｏ ｄ ｃ ｒｅ ａｉ ． ｈ ｎ ｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｔ ｅ ｎ ｍｅ ｃ ｌ ｍｕ ａｉ ｔ ｏ ｓ ｖ ｒ ｉ ． ｓ ｈ ｓ ｏ ｉ ｓ ｏ ｉ ｅ ｈ ａ ｒ ｎ ｆ ｒｆ ｃｏ ｎ ｒｃｉ ｎ ｆ ｃｏ ｆｆ ｕ ｏ ｌ ｇ ｆ ｔｔ ｂ ｓｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｗｈ ｃ ｖ ｌ ａｉｎ ｍｅｈ ｄ ｌｇ ｆｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｒ ｐ ｒｉｓ ｅ ｔｔａ ｓｅ ａ ｔｒ ａ ｄ ｆ ｔ ａ ｔｒ ｏ ｒ ｃ ｏｉ ｌ ｕ ｅ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ， ｉｈ ｅ ａｕ ｔｏ ｔ ｏ ｏｏ ｙ ｏ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｉ ｏ ｏ ｎ ａ ｅ Ｗ ｒｐ ｓ ｄ ｈ ｔ ｄ ｅ ｕ ｔ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔ ｔ ｅ ｍｕ ｔ ｃ ａ ｎ ｌ ｒ ｃａ ｇｅ ｆ ｔ ｔ ｂ ａ ｈ ｅ ｔ ｈ ａ ｒ ｎ ｆ ｒ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｉ ｈ ｓ ａ ｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｔ ｅ ｓｕ ｙ ｒ ｓ ｌ ｎ ｉａｅ ｔ ａ ｈ ｌ — ｈ ｎ ｅ ｅ ｔｎ ｌ ａ ｕ ｅ ｈ ｓ ｔ ｅ ｂ ｓ ｅ ｔ ｔａ ｓｅ ｅｆ ｍ ｎ ｅ ｗｈ ｌ ｔ ｅ ｓ ｉ ｌ ｏ ｅ ｍｕ ｔ ｃ ａ ｎ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｆ ｔ ｔｂ ａ ｅ ｈ ｅ ｏ ｄ ｐ ａ ｅ ｌ— ｈ ｎ ｅ ｒ ｉ ｉ ｌ ａ ｕ ｅ ｔ ｋ ｓ ｔ ｅ ｓ ｃ ｎ ｌ ｃ ．Ｍｏ ｅ ｖ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｐ ｏ ｉ ｅ ａ ｍｐ ｒａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ａ ｉ ｆｒ ｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ａ ｎ ｌ ｒ ｏ ｅ ， ｈ ｅ ｕ ｔ ｒｖ ｄ ｎ ｉ ｏ ｔ ｎ ｈ ｏ ｅｉｌ ｂ ｓｓ ｏ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｌ ｃ
管壳式换热器传热与阻力特性实验研究
管壳式换热器传热与阻力特性实验研究摘要：设计并建立了换热器传热与阻力的综合性能实验台,对1种弓形折流板换热器和2种连续螺旋折流板换热器壳侧的传热及阻力性能进行了实验研究,实验介质管侧为水,壳侧为油;同时基于壳侧传热实验数据;应用遗传算法预测了换热器的总换热量。
实验结果表明:在相同的壳侧流量下,螺旋折流板换热器的阻力要高于弓型折流板换热器,正进正出螺旋折流板换热器的阻力高于侧进侧出螺旋折流板换热器;螺旋折流板换热器的换热系数高于弓型折流板换热器,侧进侧出螺旋折流板换热器高于正进正出螺旋折流板换热器,而且流量越大这种优势越明显。
预测结果表明通过遗传算法得到的传热关联式所得的换热量比采用线性回归所得的更加接近实验数据,表明遗传算法可应用于工程中换热设备性能的预测。
管壳式换热器在石油、化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的应用非常普遍。
采用实验方法研究了连续肋管壳式换热器的传热和阻力特性。
实验介质管侧为水，壳侧为机油。
测试了不同机油流量下换热器壳侧的平均努塞尔数和阻力系数．拟合出了所测参数范围内的传热和阻力关联式。
为连续肋管壳式换热器的应用提供了参考依据．管壳式换热器以其生产成本低、选材范围广、清洗方便、适应性强、处理量大、工作可靠、能适应高温高压等一系列优点，在石油、化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的应用非常普遍，约占换热器总量的７０％[1-3]。
内燃机车柴油机润滑系统所用机油热交换器多为管壳式换热器．机油热交换器是内燃机车柴油机润滑系统的重要零部件之一．热交换器工作是否正常，直接关系到机车能否安全运行．对机油热交换器的要求是换热效率高体积小、阻力小．这就要求必须对换热器的传热与流动性能进行强化．一种新型的强化传热的管壳式换热器如图１所示．这种换热器冷却水在管内流动，机油由筒体侧面进入壳侧，在管外沿折流板迂回流动，横向冲刷涡发生器式肋片管束，通过铜管壁和肋片进行热量交换，使高温的机油得到冷却．由于其在增强换热的同时，阻力增加较小，因而非常适合应用于内燃机车柴油机冷却系统．其主要由盖（Ⅰ）装配、筒体装配、盖装配、芯体装配以及连续肋片等零部件组成．换热器筒体是径为３３０ｍｍ的圆筒形结构，两端分别通过法兰与端盖（封头）连接，筒体一侧焊有带法兰的进、出油管道．换热管为铜管，共１８７根，呈错排布置．换热器管板一端固定，另一端可以自由伸缩，用以补偿受热膨胀时铜管与筒体的不同伸缩量．两管板之间左右交叉排列１３块弓形折流板，用来造成机油的多次流程，以增加传热效果，并作为铜管的支撑．中间区域板间距为５７．５ｍｍ，机油进、出口区域折流板与管板间距为１６０ｍｍ。
螺旋椭圆扭曲管换热与流阻特性的数值模拟
比较复杂， 为了进一步改进螺旋椭圆扭曲管换热器 的结构提高它的传热性能， 国内外不少学者已经对 螺旋椭圆扭曲管单向扭曲的换热流动情况进行了研
］ ５ 究并取得了不少成果。例如我国的梁龙虎［ 对螺旋
椭圆管与光管的换热和阻力情况作了实验对比研
［ ］ ６
］ ７ 行了模拟分析； 刘敏珊［ 等模拟了螺旋椭圆管与螺
旋扁管在雷诺数小于１ 高学农 ０ ０ ０时的换热特性；
等研究了高扭曲比的螺旋椭圆管的传热与流阻性
毉 能。不过这些研究都把重点放在了单向扭曲方向的 螺旋椭圆扭曲管在层流范围内的传热与流阻性能的 而螺旋椭圆扭曲管单扭曲方向和双扭曲的 研究上， 方向的传热与流阻性能研究成果报道不多， 本文将 把单方向和双方向扭曲的螺 利用数值模拟的方法， 旋椭圆扭曲管换热器的沿程换热与流阻性能与直椭 圆管换热器进行比较， 在流体低流速流动下与其他 验证螺旋椭圆扭曲管换热器的优 换热器进行比较， 良换热效果。 。螺旋椭圆扭曲管换热器的传热机理
口边界， 给定入口速度及相应的温度条件； 出口设为 压力出口边界， 给定静压和适当的回流条件； 壁面定
］ ９ － １ ０ 义为恒定壁面温度边界［ 。
２ 数值计算模型及求解过程
２ ． １ 网格划分 计算区域采用六面体结构化网格离散处理 ， 由 于管壁附近速度与温度变化剧烈， 在壁面附近网格 加密 。图２为直椭圆管、 单向螺旋椭圆扭曲管和双 向螺旋椭圆扭曲管网格划分及入口端面的网格图。
中图分类号： （ ） Ｔ Ｋ １ ２ ４ Ａ 文章编号： １ ０ ０ ５ ７ ４ ３ ９ ２ ０ １ ０ ０ ６ ０ ３ １ ５ ０ ３ 文献标志码：
犖 狌 犿 犲 狉 犻 犮 犪 犾 犛 犻 犿 狌 犾 犪 狋 犻 狅 狀狅 狀犎 犲 犪 狋 狋 狉 犪 狀 狊 犳 犲 狉 犪 狀 犱犘 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲 犛 狋 狌 犱 犻 狀犛 犻 狉 犪 犾犗 狏 犪 犾 犜 狑 犻 狊 狋 犲 犱犜 狌 犫 犲 狔 狆
流体绕流椭圆管束流阻特性的数值模拟
流体绕流椭圆管束流阻特性的数值模拟α张和平1 , 裴 威2 , 刘 洁1(1. 淮海工学院 机械工程系, 江苏 连云港 222005; 2. 沈阳鼓风机 (集团) 股份有限公司, 辽宁 沈阳 110021)摘 要: 利用A N SY S FL O T RA N 模块, 对流体绕流顺排椭圆管束流动特性进行了数值模拟。
讨论横向节距及管束排数的变化对阻力特性的影响, 给出了阻力系数随横向节距和管束排数变化的分 布规律。
模拟结果与实验结果对比表明, 流体绕流顺排椭圆管束的流动阻力模拟值与实验值相对误 差在 8% 以内, 随雷诺数的增大呈下降趋势分布, 小节距排列方式其流动阻力明显小于大节距排 列。
随管束排数的增加, 阻力系数迅速下降, 当管束排数大于 8 后, 则不再有明显变化。
关键词: 椭圆管束; 流阻; 数值模拟 中图分类号: TQ 02111 文献标识码: ANu m er i ca l S i m ula t i on of the Charac t er ist i c s of F l owRe s i stan c e i n the F l ow A roun d E l l ip t i c Tube sZHA N G H e 2p i n g 1 , P E IW e i 2 , L I U J i e 1(1. D ep t . o f M ech a n ica l E n g i n ee r i n g , H ua i h a i In st i tu t e o f T ech n o lo g y , L ian yun gan g 222005, C h i n a ;2. Sh e n yan g B low e r W o rk s (G r o u p ) Co. , L td, Sh e n yan g 110021, C h in a )A bstra c t : S i m u l a t i n g th e ch a rac t e r is t i c s o f th e f l ow a ro u n d e l li p t i c b u n d l e s th a t a r e a r ran g ed i n li n e u s i n g A N SY S FL O T RA N . T h e i n f lu en ce o f la te ra l p itch an d th e to ta l row s o f tu b e b u n d l e supo n th e ch a rac te r is t i c s o f f l ow re s is tan ce is d iscu s sed w ith th e d is t r i b u t i n g law p ro v i d ed w h e n th e re s is tan ce co eff i c i en t s ch an ge i n acco rdan ce w ith th e la t te r tw o . B y th e com p a r i so n b e t w e en th e s i m u la ted re su lt s an d th e exp e r i m en t , th e n um e r i ca l re su lt s ag ree w ith th e exp e r i m e n t w e ll an d th e dec li n a t i o n is l ow e r th an 8%. W ith i n th e ran ge o f R eyno ld s n um b e r s , th e re s i stan c e co eff i c ien t s dec rea se w ith th e i n c rea se o f R e n um b e r s , an d tho se i n l o n g 2p itch tu b e b u n d l e s a r e h i gh e r th an tho se i n sho r t 2p itch o n e . B e s i de s , th ey dec rea se rap i d ly w ith th e i n c rea s e o f tu b e b u n d l e row s . W h e n th e row n u m b e r am o u n t to 8 o r m o re , th e re s is tan c e co e ff i c i en t do e s no t ch a n g e an y m o re .Key word s : e l li p t i c tu b e s ; f l ow re s is tan c e; n u m e r i ca l s i m u l a t i o n引言用越来越广泛。
直接空冷系统椭圆翅片管管束传热与流动性能的数值分析
ｆ ｎａ ｎ ｅｏ ｉｅ ． ｈ ｓ ｌ ｉｄｃ ｔｓｔａ ｔ ｅｉｃ ｅ ｉ ｇｏ ｆ ｎａ ｉｄ ｖ ｌ ｉ ｅ ， ｂ ｔ ｆ ｅ ｈ ａ ａ ｓ ｒ ｏ ｆ ｒ ｔｌｗ ｄ ｖ ｌｃｔ ｓ Ｔ ｅｒ ｕ ｔ ｎ ｉａｅ ｔ ｈ ｔ ｒ ａ ｎ ｆ ｒ ｔ ｗ ｎ ｅｏ ｔ ｓ ｏｈ ｏ ｔ ｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｅ－ ｏ ｉ ｉ ｅ ｈ ｗ ｈ ｎ ｓ ｉ ｏ ｌ ｃｉ ｈ ｔ ｅｃ
第３ 卷第２ 总１ 期） １ 期（ １ ９
文 章 编 号 ：ＩＳ １ ５ １０ （０ ２ ２ ０７— ５ ＳＮ ０ —９８ ２ １ ｌ０ —０ １ ０
２ ２年 ６月 １ ０
制
冷
１ ７
直 接 空性 能 的 数 值 分 析
王从 飞 ，刘 斌２ 范 薇 ， ，黄 文 慧
（１ 中国制冷学会 ，北京 １ １ ． ０ ￣；２ 中国中元国际工程公司 ，北京 １ ０９ ． ０ ８； ３ 国内贸易工程设计研究 院 ，北京 １０６ ． ００ ９）
［ 摘要 ］ 直接空冷系统 的空冷元件 中，大 口径热 浸锌椭 圆钢管 绕椭 圆翅片 管因其 具有 空气侧 流动 阻力较
小 、换热 系数较高 、使用寿命长 、清洗效 果好 、技术成熟等 优点 ，在西 北地 区直接空 冷机组 中广泛应 用 。 本研究采 用 Ｃ Ｄ技 术对三排管直接空冷凝 汽器空 气侧 流动及 换热性 能进行 细致分 析 ，讨论 了不 同迎面 风 Ｆ
速下 的三排 管空冷翅片 间的压力 、速度 和温度分 布特 性。结果 表 明，随着迎 面风速 的增 加使换 热 系数增 大 ，阻力增 大 ；后排管 的换热较前排 管弱。本 文模 拟的结果可为空冷凝 汽器的优化设计提供参考依据 。 ［ 关键词 ］ 空 气凝 汽器 ；直接空冷 ；数值模拟 ；三 排管
列管式换热器的传热和阻力特性研究与设计软件开发
一、设计要点
一、设计要点
1、流体选择：根据实际生产需要，选择合适的流体作为媒介，通常需要考虑 流体的物性，如粘度、密度、比热容等。
一、设计要点
2、传热面积：传热面积是换热器的核心参数，需要根据工艺要求和设备尺寸 限制进行选择。在确定传热面积时，需要对流体的流量、温度、压力等参数进行 详细计算。
结论与展望
结论与展望
本次演示通过对列管式换热器的传热和阻力特性进行深入研究，提出了一系 列优化设计和降低能耗的方案，并开发了一款专门的软件以实现这些优化策略的 自动计算和设计。这些研究成果对于提高列管式换热器的效率和降低能耗具有重 要意义，并为相关领域的研究和应用提供了有价值的参考。
结论与展望
六、结论
六、结论
列管式换热器的设计需要综合考虑结构、材料、传热等因素。通过合理的结 构设计，选择合适的材料，以及精确的传热计算，我们可以得到一个高效、可靠 的换热器。在实际应用中，还需要根据具体的使用环境和流体性质进行适当的调 整和优化。
参考内容二
内容摘要
列管式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。它通 过热交换的方式，将两种不同温度的流体进行热交换，实现热量的转移和平衡。 本次演示将介绍列管式换热器的设计要点和计算方法。
结论与展望
5、智能控制与自动化：随着物联网和人工智能技术的发展，如何将智能控制 和自动化技术应用于列管式换热器的运行中，以提高其运行效率和稳定性，也是 一个重要的研究方向。
参考内容
一、引言
一、引言
列管式换热器是一种广泛应用于化工、石油、食品等领域的设备，其作用是 进行两种不同温度的流体之间的热交换。本次演示将详细阐述列管式换热器设计 的关键步骤和方法，包括结构分析、材料选择、传热计算以及设计实例等。
绕椭圆柱管束的流动与传热特性
流体机械等领域得到 了广泛的应用¨ 。 国内外学者对 横掠管束 的流体流动和对 流换 热做了较多工作 Ｊ ， 得到椭 圆管束的阻力 系数、 换
热 系数等 重 要 参 数 ， 指 导 了椭 圆 管 换 热 器 的设 计 。 但 是 这些 研 究 主要 研 究 绕 流 椭 圆柱 管 束 的 流 动 与 换热 实验 或者 性 能分 析 。流 动方 向 、 椭 圆柱 横 截 面 形状 、 管束 结构 参数 以及 壁 面 边 界 条 件对 其 流 动 与 传热 特性 的影 响研 究 甚 少 ， 并 且 未 对 流体 横 掠 椭 圆 柱 管束 的流 动 与 对 流 换 热 的 局 部 变 化 机 理 进 行 深
１ ３期
梁才航 ， 等： 绕椭 圆柱 管束的流动与传热特性
３ ５ ９ ３
准 圆环 ， 具体的结构如图 １ 所示 。因为 自由表 面单
元 的填 充 率 等 于 整 个 椭 圆柱 管 束 的填 充 率 。所 以
自由表 面单 元 的 自由表 面半径 为
／ ａ ｂ、１ ／ ２
Ｆ ｆ Ｌ—
椭 圆管 是 基 于 圆管 与 平 板 之 间 的一 种 结 构 。
人研究 。为了揭示出流体横掠椭 圆柱管束 流动与 对流换热机理 ， 首次采用一种简单合 理的 自由表面 模型 ， ｍ 对椭圆柱管束建立了相应 的数学模型。 自 由表面模型选取一根椭 圆柱体及 其外 围的流体包
块作 为计 算对 象 ， 流 体 包 块外 表 面 为 自由表 面 。对 该 自由表 面单 元建 立 连 续 性 、 动 量 以及 能量 守 恒 方 程， 结合 相应 的外 表 面 自由表 面 边 界 以及 椭 圆柱 体 壁 面边界 条 件 （ 等 壁温 和 等热 流 密 度边 界 条 件 ） ， 求 解 控制 方 程 。 计 算 出 阻 力 系 数 、 努 塞 尔 数 等 准 则
伴随有凝结发生的椭圆管外对流换热特性的数值研究
伴随有凝结发生的椭圆管外对流换热特性的数值研究含有不凝性气体的凝结传热问题广泛存在于各种换热设备中,如采暖通风与空调换热设备(HVAC)、非能动安全壳冷却系统(PCCS)、特别是冷凝式燃气锅炉尾部烟气冷凝式换热器。
不凝性气体的存在对蒸汽凝结有很大影响,与纯蒸汽凝结相比,其过程更为复杂。
鉴于实际中含不凝气体的凝结现象较普遍,而目前关于椭圆管外该现象的研究较少,本文利用商用软件ANSYS Fluent 15.0对含不凝气体的水蒸汽掠过椭圆管外的凝结换热特性进行研究。
首先对该现象进行理论分析,并编写相关凝结自定义函数(UDF)程序,进行算法验证;然后对蒸汽与不凝气体组成混合气体流经单管外的凝结换热情况进行研究;随后,对该混合气体流经管束的凝结换热以及阻力情况进行研究,重点考察管束不同的排列方式、椭圆管长短轴比(a/b)、进口水蒸汽浓度(Yv)以及进口流速(v)对凝结换热系数、流动阻力以及综合换热因子的影响,并详细讨论沿流程局部凝结换热系数的变化情况。
对气体横掠单管的研究发现,与圆管相比,椭圆管外凝结换热系数有所降低,但下降幅度随椭圆管长短轴比增大而减小;当来流速度或蒸汽质量分数增大时,椭圆管外的平均凝结换热系数随之增大;当水蒸汽质量分数较高时,椭圆管外复合换热系数(凝结与对流换热系数之和)随椭圆管长短轴比的增大有明显下降;反之,下降趋势不明显。
对不同排列方式的多排管束研究发现:1)顺排布置时,第一排的管外平均凝结换热系数最大。
而叉排布置时,最大值在第二排产生;2)不管管束采取何种布置方式,其管外平均凝结换热系数随流动方向总体呈现下降趋势。
对于顺排布置:当管排数n≤3时,下降迅速;当管排数n>3时,下降趋势较缓慢。
叉排布置时,对于前4排,其管外平均凝结换热系数最小值为第3排,当n>4时,为下降趋势,且比顺排下降更显著。
3)管束布置方式不同,最后一排管管外平均凝结换热系数变化情况截然不同。
直管及圆管流体的阻力特性分析
直管及圆管流体的阻力特性分析流体力学是研究流体力学性质以及其运动规律的学科。
在这个领域，研究流体在管道中的流动是很重要的一个方向。
本文旨在分析直管和圆管中流体的阻力特性。
一、直管中流体的阻力特性在直管中流动的流体所受到的阻力可以通过多种模型来计算。
最为简单的模型是涡量模型，它认为直管中流动的阻力与流过断面的动量变化率成正比，即：阻力 = 流体密度 ×断面面积 ×涡量其中，涡量是流体的动量变化率。
另一种常用的模型是雷诺模型，它基于雷诺数来描述直管中流体的阻力特性。
雷诺数是流体中惯性力与粘性力之比，它可以用来判断流动的稳定性。
对于雷诺数较小的流体，流动是稳定的；而雷诺数较大的流体，流动则可能是不稳定的。
在直管中，当流动是稳定的情况下，流体的阻力可以用达西-魏塞尔差压公式计算。
该公式表达了流体在直管中受到的阻力与流速的平方成正比，与管道的摩擦系数和长度成反比。
达西-魏塞尔差压公式为：阻力 = 摩擦系数 ×长度 ×（流速）^2摩擦系数是直管中流体与管道壁之间的摩擦力与流体惯性力之比。
它与管道的材料和表面粗糙度有关。
二、圆管中流体的阻力特性与直管不同，圆管中流体的阻力特性更复杂。
在圆管中流动的流体会发生层流或湍流的现象，这取决于流体的雷诺数。
在层流流动中，流体沿着管道壁形成一层层的环状流动。
层流流动时，流体的阻力可以用普－瑞斯托关系来计算。
该关系表达了流体的阻力与管道截面的横截面积、流速的平方和粘度之间的关系。
普－瑞斯托关系为：阻力 = 粘度 ×长度 ×（流速）^2 / （管道截面积）在湍流流动中，流体会出现剧烈的涡旋运动，流速分布不规则。
湍流流动时，流体阻力可以用修正涡量模型来计算。
修正涡量模型将直管流动和层流流动的模型进行组合，考虑了湍流流动的不规则特性。
总的来说，直管和圆管中流体的阻力特性是由多种因素共同决定的，包括流速、管道几何形状、管道材料等。
绕椭圆柱管束的流动与传热特性
绕椭圆柱管束的流动与传热特性
梁才航;杨永旺;黄斯珉
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2013(0)13
【摘要】椭圆柱管束换热器在工业领域中得到广泛的应用.采用一种简单合理的自由表面模型深入研究了流体绕流椭圆柱管束的流动与传热问题.通过适体坐标转换方法在非规则流道截面上求解出动量与热量传递控制方程,获得了等壁温条件下的流道内的阻力系数和努塞尔数等准则数,并且和文献值进行了对比.文献值和模拟值之间的最大绝对误差小于3.5％,表明所建立的数学模型是正确的.利用所建立的数学模型分析了流动方向、椭圆柱横截面形状、管束结构参数以及壁面边界条件对绕流椭圆柱管束的流动与传热特性的影响.获得了等壁温和等热流密度条件下的阻力系数和平均努塞尔数.这些准则数为椭圆柱管束的设计和优化提供理论指导.
【总页数】6页(P3592-3597)
【作者】梁才航;杨永旺;黄斯珉
【作者单位】桂林电子科技大学建筑与交通工程学院,桂林541004;桂林电子科技大学建筑与交通工程学院,桂林541004;东莞理工学院分布式能源系统研究中心广东省重点实验室,东莞523808
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
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2.用广义柱面坐标变换计算椭圆柱体绕对称轴转动的转动惯量 [J], 赵新闻
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采暖管道椭圆率
采暖管道椭圆率采暖管道椭圆率是指采暖管道在不同方向上的截面形状的偏离程度。
椭圆率主要影响着采暖管道的安装、维修和使用。
下面将从椭圆率的定义、影响因素、测量方法和应对措施等方面进行详细介绍。
椭圆率是指采暖管道截面长短轴之间的差异程度。
采暖管道如果截面近似于圆形，则椭圆率接近于零；如果截面呈现出椭圆形，则椭圆率大于零。
椭圆率的大小直接影响着管道的流体流动状态和传热效果。
椭圆率受到多种因素的影响。
首先是制造工艺。
采暖管道的制造过程中，如果操作不当或设备不准确，就容易导致截面形状的偏差，进而影响椭圆率。
其次是材料因素。
采暖管道的材料选择和质量直接影响着椭圆率的大小。
如果选用质量较差的材料，其强度和韧性较低，易发生形状变化。
再次是环境因素。
采暖管道的使用环境会受到温度、湿度、压力等因素的影响，这些因素会改变管道的形态，进而影响椭圆率。
要准确测量采暖管道的椭圆率，可以采用多种方法。
一种常用的方法是使用椭圆度仪。
椭圆度仪可以直接测量管道截面的长短轴尺寸，通过计算可以得到椭圆率的数值。
另外，还可以使用光学投影仪、激光扫描仪等设备进行测量。
这些设备可以将管道截面的形状投影到屏幕上，并通过数学算法计算出椭圆率的数值。
针对采暖管道椭圆率的问题，可以采取一些应对措施来减小其影响。
首先是加强制造工艺控制。
在采暖管道的制造过程中，要严格按照标准要求进行操作，确保管道截面的形状符合规定。
其次是选择质量可靠的材料。
优质的材料具有较高的强度和韧性，能够更好地抵抗形状变化的影响。
另外，还要加强管道的安装和维护。
在安装过程中，要保证管道的截面形状不受力变形；在维护过程中，要及时修复受损的管道，防止椭圆率的进一步增大。
采暖管道椭圆率是影响管道安装、维修和使用的重要因素。
了解椭圆率的定义、影响因素、测量方法和应对措施，可以帮助我们更好地理解和处理采暖管道椭圆率的问题。
在实际工程中，我们应该加强对椭圆率的控制，提高管道的质量和效果。
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工 加 ）３ ２ 年 ４ 业 热第９ ０ 第 期 卷１ ０
椭 圆管 内对流换 热与பைடு நூலகம்动阻力特 性研 究
王珊 珊 ，徐 文强 ， 胡 永 海
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（ 海理工大学 上 能 源 与 动 力 工 程 学 院， 上 海 ２０９ ） ０ ０ ３
摘要 ：通过 Ｃ Ｄ技术，分别对 ５ Ｆ 种长短轴之 比的椭圆管管 内湍流和层流状态时的换热与流动进行数值研 究，分 析 了流体流动状态 和椭圆管长短轴之 比对 换热系数与流动阻力 的影响，并根据数值计算结果拟合 出湍流 区椭 圆
（ ） ｉ ｇｖ ｎ Ｒｅ Ｓ ｉｅ ．Ａｔｌｓ，ｆ ｅｔｐ ｓｏ ｌｐ ｉａ ｕ ｅ ’ｏ ａ ｏ ｖ ｃｉｅ ｈ ａ ａ ｓｅ ｈ ｒｃｅｉｔ ｓａｅ ｓ ｏ ｄ ｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｈ ａｔ ｉ ｙ ｅ ｆｅｌ ｔ ｌｔｂ ｓ １ｃ ｌｃ ｎ ｅ ｔ ｅ ｔｔ ｎ ｆｒｃ ａａ ｔｒｓｉ ｒ ｈ ｗｅ ．Ｔ ｅｒｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｔｅ ｖ ｉ ｃ ｖ ｒ ｃ ｓ ｔ
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Ａｂｓｒ ｔ：Ｔｈｅｈｅ ｔ ｒ ｎ ｆｒａ ｏ ｉ ｌｉ ｔｃ ｌ ｕ ｓｗ ｉ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｘｉ ａ ｏＫ ｒ ｎ ｓｉ ｔｄ ｈ ｓｐ ｐｅ．Ｃｏ ｐｕｔｔｏ ｌ ｕ ｄＤｙｎ ｍ ｉｓ ｔ ａｃ ａ ａ ｓ ｅ ｎｄｆ ｗ ｎｅ ｌｐ ｉａ ｂｅ ｔ ｉｆ ｒ ｎ ｓｒ ｄｉ ａ ｅｉｖｅ ｔｇａｅ ｉ ｔ ｉ ａ ｒ ｔ ｌ ｔ ｈ ａ ｎ ｍ ａ ｉｎａ ｉ Ｆｌ ａ ｃ
管管 内换热 系数 的准则关系式，最后 绘制每种类型椭 圆管 的局部换 热系数曲线 。研究结果表 明：数值计算结果 与实验值 吻合 良好 ；采用当量直径的方法 计算 椭圆管 内换热系数 误差较 大；随着雷诺数的增加，每种类型的椭
圆管管 内阻力系数逐渐减小；而在相 同的雷诺数 下，随着长短轴之 比 的增大，管 内阻力系数逐渐增Ｊ ；每种类 Ｊ ｎ 型的椭 圆管具有类 似的局部换热特性 ，即长半轴两端点处局部换 热系数最低，而短半轴两端点处具有最大局部
换热系数 。
关键词 ：椭圆管；对流换热；阻力特性；局部换热；数值计算
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ Ｋ１４ 文 献标 志 码 ：Ａ 文章 编 号 ： １０ －６９２ １）４０ １—６ ０ ２１３ （０ ００ —０３ １
Ａ ｕ Ｓｔ ｄｙ ｅ ａｎｓｅ ｎｄ ｏｗ ｓｓ ａ ｅ Ｃｈａｒ ｔ ｒ ｓｉｓｉ ｌｐｔｃ ｌＴｕｂｅ ｏｎ Ｈ ａｔＴｒ ｆｒａ Ｆｌ Ｒｅ ｉｔ ｎｃ ａｃ ｅ ｉｔｃ ｎ Ｅｌｉ ｉ ａ ｓ