层流条件下梯形波波纹管内流动与传热特性数值模拟文献综述

 2021-09-27 08:09

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文 献 综 述1、选题背景及意义1.1选题的来源  近年来,随着传热领域节能、高效、低阻概念的提出,强化传热新技术的研发及其在管壳式换热器中的应用已受到越来越多的关注[1-2]。

光管是传热管壳式换热器的常用换热元件,但由于其换热效率低,目前已开发出各种形式的、具有强化传热能力的异型管,如横纹管、螺纹管、波纹管、波节管等。

波纹管是一种截面呈周期性变化的流体通道,流体流经波峰波谷时速度、压力发生周期性变化,在波峰内出现分离、漩涡、再附着等过程,形成的径向流和涡流强化了主流区和壁面流体的混合,增加了流体的湍流程度,减薄了壁面边界层,使流体在较低流速下即达到湍流。

国内外很多学者对波纹管及波纹型通道的流动与传热性能进行了大量研究[3-5]。

1.2选题的意义  管壳式换热器是目前应用最广的换热设备,约占全部换热器的70%左右,因此如何强化管壳式换热器的换热,设计和制造各类高性能换热管一直是十分重要的研究课题[6]。

Patnakar等人提出复杂的换热表面是最为常用的有效强化手段之一,在工业领域中,许多流动通道的截面形状沿流动方向呈周期性变化,以此来强化传热。

波纹换热管就是在上述理论的基础上产生的。

波纹型换热管的换热机理是采用呈周期性变化的复杂结构, 利用管壁波峰波谷处流速、压力的变化产生双向扰动,使通道内流体受空间周期性的扰动,不断改变动方向,有效地破坏热边界层,使边界层内流体不断与中心区流体交换,增加近壁处流体层的温度梯度,是使换热得以强化的行之有效的措施,但同时也会增加流动阻力[7,8]。

  在国内外,许多学者都对波纹管换热进行了研究,均发现波纹形通道的换热能力比平直通道的要好[9,10]。

Brien O和 Sparrow M对同样具有多个波纹周期的波纹换热管进行了研究,发现在充分发展段波纹通道内的传热比相同条件下的直通道的传热系数提高了2.5倍[11]。

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