橢圓扭曲螺旋管傳熱及流阻特性模擬研究

袁宇陽, 王學生, 陳琴珠

(華東理工大學 承壓系統與安全教育部重點實驗室 機械與動力工程學院, 上海 200237)

1 前 言

螺旋管式換熱器具有結構緊湊，耐壓性能強，傳熱能力強等優點，廣泛應用于石油化工、天然氣、核工業、處理廠、余熱回收系統、制冷、食品工業等工業領域。作為應用于大型石油化工工藝過程重要的單元設備，由于其結構復雜，螺旋管內流動機理及強化傳熱的研究還不太充分。因此，對螺旋管內部流動機理以及如何在壓力損失允許范圍內盡可能提高傳熱性能的研究具有較高的理論價值和實用價值。

螺旋管內垂直于主流方向平面內的二次流[1]遠比普通直管要強，因此在無源強化傳熱技術中，螺旋管內混合強化傳熱具有重要意義，KUMAR[2]和ACHARYA[3]等人對其進行了研究。與直管相比，螺旋管內從層流到湍流發生轉變時的臨界雷諾數更高，ITO[4]、SCHMIDT[5]、SRINICASAN[6]、JANSSEN[7]等通過大量實驗得到了在不同曲率比下螺旋管內對應臨界雷諾數組成的曲線，其中ITO[4]和SCHIMIDT[5]研究得到的曲線幾乎重合。ROGERS 等[8]通過實驗研究了被蒸汽加熱的螺旋管內流體的流動傳熱性能。MORI 等[9]對兩種不同曲率的螺旋管恒定壁溫條件下的對流傳熱進行了研究。YANG 等[10]對使用標準k-ε模型對螺旋管中充分發展的湍流強迫對流傳熱進行了數值模擬研究。MOAWED[11]實驗研究了不同結構參數對螺旋管強制對流傳熱的影響。PAWAR 等[12]建立了 3 種不同的螺旋管，以層流下管內流動的大量數據為基礎推導了努塞爾數Nu 的關聯式，創造性地提出了無量綱數“M”。……