管内纵向涡发生器强化传热的实验研究-工程热物理专业论文.docxVIP

摘要摘 摘要 摘 要 本实验是基于对开发管内强化传热技术提出的，高效传热管广泛应用于工业 应用中换热设备，如工业烟管式锅炉烟管的强化传热。管内强化传热技术有管内 插入扭转带、涡流发生器、扰流柱等或采用螺纹槽管、横纹槽管、内肋管等。本 实验研究是设想在光管烟管内壁安装一种新型的扰流子纵向涡发生器，实验模型 是在过渡流范围内，加热空气流过内置纵向涡发生器在常壁温条件下的冷却实验。 己对纵向涡发生器的研究仅限于将纵向涡发生器固定在平直通道内或平板上，研 究范围集中在单个或几个纵向涡发生器的传热规律，研究证明，纵向涡发生器可 有效地强化传热。本实验首次提出将纵向涡发生器安装在较长圆管内壁，布置很 多数目的纵向涡发生器，研究众多数目的纵向涡发生器布置的强化传热规律和机 理。 实验设计的三角纵向涡发生器的高度尺寸与半径的比例在约0．4—0．5之间， 尺寸大小介于对整个管内流场产生扰动的各种扰流插件和管壁加工的传热槽管之 间，涡发生器沿圆周对称安置在圆管内壁，在管壁和管中心之间产生纵向涡，加 速管壁附近流体与管中心，加速管壁附近流体与管中心主流区的热质交换。其换热 机理既不同于扰流插件也不同于加工壁面的传热管。 鉴于纵向涡发生器在管内安装与平板上不同，重新设计了两种不同的三角纵 向涡发生器的形状，从不同的形状、尺寸大小和布置密度三方面研究对管内传热 强化的影响，对实验结果进行了比较和分析。实验研究中运用计算机编程简化计 算过程，列出数据表，绘出换热和阻力曲线图，进行了较为全面的误差分析，推 导出经验公式。将管内纵向涡发生器的强化换热效果和其它插件管、传热管的强 化换热效果进行了对比，对管内纵向涡发生器强化传热的实际应用进行了评价。 实验结果表明：在传热管道内壁面对称设置一定数目的成对三角纵向涡发生 器，产生的涡偶能有效地强化传热；在过渡流范围内，优选出一种有利于强化传 热的纵向涡发生器的形状，与光管相比，其换热增强了100％一130％，阻力系数 增加了3—6倍，强化传热性能指标(Nu／Nu。)／(f／f。)o”，可用A表示，为l，3 —1．35；Re5000时，均匀布置数目较少的纵向涡发生器，A值较高，强化传热 显著，当Re5000时，均匀布置数目较多的纵向涡发生器，布置间距为发生器高 度的9倍最好，A值较高，且传热有效锝到强化；实验分析表明，对于较高Re数， 并不是纵向涡发生器的数目越多越好，均匀布置的各个发生器间距不能小于发生 器高度的8-9倍，间距过小发生器的A值急剧下降；在相同的Re数下，Nu数和 阻力系数f都是和管内布置的纵向涡发生器的个数呈一次线性关系，对于在流速 比较恒定的情况下，选择合理的发生器间距布置起到重要的指导意义。 华南理工大学工学硕士学位论文插件式管内强化传热技术适用于层流，而管壁经过加工的传热管更适用于湍 华南理工大学工学硕士学位论文 插件式管内强化传热技术适用于层流，而管壁经过加工的传热管更适用于湍 流，而管内置纵向涡发生器在过渡流范围内的强化换热效果较好，且阻力不会增 加很多。一般的传热强化技术在过渡流区换热强化只有百分之几十，而管内置纵 向涡发生器的传热强化达到100％以上，是一种十分有效的强化传热技术，可应 用于管内为气体在过渡流区的换热设备，实验就应用于工业锅炉烟管进行了探讨， 适用于容量较小2t／h以下的不超过二回程的锅炉烟管的传热。 关键词：纵向涡发生器强化传热过渡流 II AbstractThe Abstract The experimental investigation lS based on how to enhance heat transfer in tubes of heat exchangers or flue pipes of oil and gas boiler used in industry．The means of the heat transfer enhancement technology applied to tubes include setting various shapes of inserts in the smooth tube such as twisted-tape inserts，and processing various shapes of wall of tube such as spirally corrugated tube．In this paper，a new technology has been proposed that a new type of inserts，small longitudinal vortex generator，can enhance the heat transfer in tubes．This exp