內(nèi)凸式螺紋管管程流動與傳熱過程數(shù)值模擬研究與熵產(chǎn)特性分析.pdf

1、能源緊缺已成為當(dāng)今全世界必須面對的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其主要根源在于能源資源的不合理低效利用造成了巨大的能源浪費。為了提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本，同時減少對生態(tài)環(huán)境的污染，開發(fā)新型高效清潔的換熱器已成為強(qiáng)化換熱技術(shù)中的一個重要研究方向。本文以提高換熱器的強(qiáng)化換熱性能為目標(biāo)，采用數(shù)值模擬方法研究了內(nèi)凸式螺紋管的流動與傳熱特性及熵產(chǎn)特性，主要進(jìn)行了如下研究：（1）采用數(shù)值模擬方法研究了入口雷諾數(shù)Re、螺紋深度H和螺紋間距P對內(nèi)凸式螺紋管管程流動與傳

2、熱特性的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)傳熱性能隨著P的增大而降低，在低Re區(qū)域隨著Re和H的增大而提高，在高Re區(qū)域則相反；阻力性能隨著Re和H的增大而下降，隨著P的增大而上升；綜合傳熱性能在低Re區(qū)域隨著Re和H的增大而上升，隨P的增大而降低，在低Re則情況相反。
　　（2）研究管程局部流動與傳熱特性的空間分布規(guī)律，揭示了螺紋結(jié)構(gòu)強(qiáng)化換熱的機(jī)理。結(jié)果表明，內(nèi)凸式螺紋管的螺紋結(jié)構(gòu)會擾動和破壞管程的速度邊界層和溫度邊界層，加劇流體湍動程度，增強(qiáng)流體

3、摻混能力和熱擴(kuò)散能力，從而實現(xiàn)強(qiáng)化換熱的目的。
　　（3）對比研究了內(nèi)凸式螺紋管和內(nèi)凸式波節(jié)管管程的流動與傳熱特性，結(jié)果表明這兩種管型具有相近的換熱性能，但內(nèi)凸式螺紋管具有更優(yōu)異的阻力性能，因而也具有更佳的綜合傳熱性能。在此基礎(chǔ)上，對內(nèi)凸式螺紋管與波節(jié)管的流動與傳熱機(jī)理進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明波節(jié)管對管程流體的擾動僅局限于間斷的波節(jié)區(qū)域，而螺紋管對流體的擾動和破壞則跟隨螺紋結(jié)構(gòu)的旋進(jìn)而貫穿整個流域。因此，內(nèi)凸式螺紋管具有更優(yōu)的流動

4、與傳熱性能。
　?。?）通過編寫用戶自定義函數(shù)（UDF），研究了內(nèi)凸式螺紋管管程流動與傳熱過程的熵產(chǎn)特性，分析了不可逆損失的產(chǎn)生機(jī)理。結(jié)果表明，管程總不可逆損失、傳熱過程不可逆損失和粘性耗散過程不可逆損失隨著Re和H的增大而增大，隨著P的增大而減小，傳熱不可逆損失份額的變化趨勢則剛好相反。并且發(fā)現(xiàn)，H對不可逆性能的影響最大，Re次之，P最小。
　?。?）研究了內(nèi)凸式螺紋管和內(nèi)凸式波節(jié)管管程不可逆性能的異同，發(fā)現(xiàn)二者的傳熱不可