圓管螺旋流的流動與傳熱數(shù)值模擬-全文預覽
【正文】 義為 麗 =器 式中 :Q 為熱量 ,J。 (2)忽略重力的影響 。Numericalsimulation。強化傳熱 中圖分類號 :TK124意文獻標識碼 :A 文章編號 :10021639(2020)030027— 05 NumericalSimulationofFluidFlowandHeatTransferintheSpiralFlowinPipe GUOYonghui39。 圓管螺旋流的流動與傳熱數(shù)值模擬 帶熱能工程 ((工業(yè)加熱》第 36卷 2020年第 3期 圓管螺旋流的流動與傳熱數(shù)值模擬 郭永輝一 ,劉朝 2 ( ,河南洛陽 471003。數(shù)值模擬 。RNGketurbulentmodel。修回日期 :202003— 28 作者簡介 :郭永輝 (1976),男 ,河南洛陽人 ,講師 ,研究方向 脈動及螺旋流的強化傳熱 . 螺旋流起旋裝置的導入管徑分別為 ,管壁恒 壁溫加熱 ,流體以恒定的速度流人管道 .切向起旋裝置 與幾何模型見圖 1,圖 2. 圖 1切向起旋裝置圖 圖 2幾何模型示意圖 假設 : (1)流體為不可壓縮流體 ,物性為常數(shù) 。(2)計算花費 。助換熱面積 ,m。L為管 由努謝爾特數(shù)定義得 ‰ :(3) 式中 :2f為流體的導熱系數(shù) . 根據(jù)沿程水頭損失 hA 達西計算公式 磚專 (4) 對于水平等直徑管路 ,由伯努利方程 ,水頭損失就是 進出 El間的水頭之差 . hf=ap一 (5) 導出長度為的圓管內(nèi)的沿程阻力系數(shù)為 = 導吾 (6)Lo 式中 :溈沿程水頭損失 。為流速 ,m/s. 為分析流體螺旋流相 比無旋流時的換熱效果 ,定義 換熱強化為 E()=hm一 1(7) 式中 :h,ho分別為流體旋流及無旋時的壁面平均換熱系 數(shù) . 為分析流體螺旋流相比無旋流時的摩擦效果 ,定義 沿程阻力系數(shù)增強比為 E()=等一 1 式中 :,2o分別為流體旋流及無旋時的沿程阻力系數(shù) . 在一般情況下 ,實現(xiàn)強化傳熱要以摩擦阻力的增加 為代價 ,為分析流體旋流相比無旋時同時又考慮摩擦及 換熱的換熱器經(jīng)濟性能 ,定義指標為 厶 ,厶 E=一 1(9) k,39。 o /,l 熱能工程《工業(yè)加熱》第 36卷 2020年第 3期 圖 7導入管徑分別為 , 的螺旋流的局部努謝爾特數(shù)比較 由于邊界層難于繪出 ,轉(zhuǎn)化為速度梯度的形式來表 述 .從圖 8～圖 10,可以看出 : (1)螺旋流的靠近壁面的速度梯度的變化要明顯地 優(yōu)于無旋圓管直流 .從而間接說明了螺旋流的邊界層的 厚度要小于無旋圓管直流 .(2)小導入管的螺旋流速度 梯度的變化要大于大的導入管的螺旋流 .也就是說 小小 導入管的螺旋流對邊界層厚度的作用要明顯 ,這主要歸 功于切向速度 .(3)在不同 P數(shù)下 ,其余條件相同時 ,速 度梯度曲線幾乎不發(fā)生變化 .邊界層的厚度的主要影響 因素與磺 j[無關(guān) ,有其運動的構(gòu)成決定 .(4)螺旋流的速 度梯度的分布形式與管內(nèi)直流的分布形式一樣屬于以軸 線為中線呈反對稱分布 ,從而再次證明其徑向速度的影 響可以忽略不計 . 徑向速度梯度分布圖 30 一 l一 x./R 圖 9Re=14910導入管徑為 ,10d 位置徑向速度梯度分布圖 徑向速度梯度分布圖 70 5O 3O 一 lO 30 — 50lO～ 搬 0O?5l 圖 l0 導入管徑為 l0 難置處 不同 P下的徑向速度梯度分布圖 ,短管時螺旋流的經(jīng)濟性能比較 考慮到局部起旋的圓管螺旋流的衰減 ,對于長為 100d的長管與長為 20dl~l短管進行了經(jīng)濟性比較 (20dl~ 短管為在這個長管上截取作為研究段 ).從圖 6～圖 7看 出 ,40dl~l管子已經(jīng)運動充分發(fā)展 ,而 20dl~l距離是螺旋 流急劇衰減的長度 ,由此確立
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