48、圆形管内多种插入物的热交换与压降增强技术及界面热流数值估计

圆形管内多种插入物的热交换与压降增强技术及界面热流数值估计

1. 圆形管热交换与压降增强技术

1.1 研究背景

传统热交换器在传热能力上需要提升，以更低成本传递更多能量。使用插入物是增强传热的有效方法，但会增加摩擦损失。研究目的是考察装有多个插入物的圆形管在传热和流体流动方面的特性，插入物有顺时针和逆时针两种排列方式。

1.2 多种插入物的能量传递特性

1.2.1 扭曲带插入物

热交换器的传热速率主要取决于对流层的流动模式和流体的热物理特性。由于靠近管壁的边界层会产生对流阻力，阻碍了传热过程。为了增强传热，促进加热壁附近的扰动可能有助于控制摩擦损失的同时增加，使其保持在可承受范围内。

不同的管内插入物被研究以提高热交换器的热性能（THP）。例如：
- Eiamsa - ard 等人进行实验，研究了完整长度扭曲带（TT），扭曲比（TR）为 6.0 和 8.0，间距比为 1.0、2.0 和 3.0 时，圆形管内的传热和摩擦特性。结果表明，在双管热交换器的内管中使用 TT 插入物可显著提高传热速率，但同时管的摩擦系数也会增加。这是因为流体的二次流动产生的旋流运动增强了传热和摩擦。
- Eiamsa - ard 等人还研究了螺旋螺杆带，其宽度为 17mm，与管表面间隙（D - W）/2.0 = 4.0mm。实验中，带有无芯棒或有芯棒插入物的双管热交换器，外直径 50mm，内管直径 25mm，低温和高温水分别作为测试流体在壳侧和管侧流动，雷诺数（Re）范围为 2000 - 12000。结果显示，无芯棒的松散配合带比有芯棒的螺旋螺杆带传热效果更好。与光滑管相比，使用无芯棒的螺旋螺杆带时，热交换率提高了