內(nèi)置轉(zhuǎn)子換熱管旋流部分的數(shù)值模擬

蔣 晨，丁玉梅，張 震，關(guān)昌峰，閻 華，楊衛(wèi)民

（北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 100029）

高黏性流體的換熱在工業(yè)應(yīng)用中十分普遍。高黏性流體的強(qiáng)化傳熱有其自身的特點(diǎn)。從強(qiáng)化傳熱的觀點(diǎn)看，希望流體處于紊流狀態(tài)，但高黏性流體的黏度導(dǎo)致紊流狀態(tài)較難實(shí)現(xiàn)。高黏度流體流動(dòng)時(shí)易保持層流狀態(tài)的特性致使其與傳熱面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較低、傳熱不均勻，不利于工藝過(guò)程的進(jìn)行和設(shè)備換熱能力的提高。對(duì)高黏度物料的強(qiáng)化傳熱研究，已引起工藝過(guò)程的重視并得到了迅速的發(fā)展[1]。黏性流體的強(qiáng)化傳熱在以往的研究中根據(jù)具體情況主要從以下幾個(gè)方面著手：①擴(kuò)展換熱表面；②破壞介質(zhì)的流動(dòng)邊界層，使其盡早地達(dá)到紊流狀態(tài)，成為紊流換熱，或者使其紊流邊界層內(nèi)的渦流在不斷消失的同時(shí)，也不斷地產(chǎn)生，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的；③加強(qiáng)管內(nèi)主流流體和壁面附近流體的混合。高黏性流體層流換熱的強(qiáng)化必須使流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的徑向運(yùn)動(dòng)以加強(qiáng)流體整體的混合才能產(chǎn)生好的效果。文獻(xiàn)[2-3]分析了高黏度油加熱和冷卻的情況，均認(rèn)為對(duì)于高黏度流體不宜采用螺旋槽管，而推薦采用管內(nèi)插入物的強(qiáng)化傳熱方式。管內(nèi)插入物強(qiáng)化傳熱主要是利用金屬片或金屬絲等使流體產(chǎn)生徑向流動(dòng)，加強(qiáng)流體混合，降低了主流的速度梯度，使邊界層厚度減小，促進(jìn)管內(nèi)流體的速度分布和溫度分布的均勻化，使管壁附近層流底層的溫度梯度上升，同時(shí)也可以降低管內(nèi)流體由層流向湍流過(guò)度的臨界雷諾數(shù)，從而提高黏性流體與換熱壁面間的換熱[4]。……