文摘
数值调查进行了检查周期的层流流动和传热特性的三维等温墙方管与内联V-ribs 20°。计算是基于有限体积方法,和简单的算法实现。流体流动和传热特点提出了基于水力直径的雷诺数广场的导管从100年到2000年不等。生成主要流向涡流经测试部分,V-ribs 20°的攻角安装配合内联安排,指向下游(V-Downstream)和指向上游(V-Upstream)放在上下墙。影响不同的阻塞比(与一个螺距比(BR)公关)的传热,肋管的压力损失和性能进行了研究。显然在每个主要的旋涡流动,流向扭曲的漩涡流可以引起撞击流在墙上interbaffle腔导致急剧增加的方管的传热速率。此外,V-baffle高度的增加导致努塞尔特数的增加,摩擦系数值。计算结果表明,最优热增强系数约为4.2分别和0.15 V-Downstream和V-Upstream。
1。介绍
提高节约能源的必要性和材料实施的减少世界资源和环境问题促使更有效的传热设备的发展与改善传热率。在许多工业系统中,热必须转移到系统输入能量或删除系统中产生的能量。考虑到全球能源需求快速增长,减少能量损失由于无效的使用和提高能量传递热量的形式已经成为一种越来越重要的任务设计和操作工程师等系统。
从上面的原因,性能改进调查换热器系统感兴趣。层流的行为在一个通道配备90°横挡板安装在两个相反的墙壁交错数组研究了伯纳et al。1)发现流涡旋脱落的是免费的雷诺数600以下。韦伯和Ramadhyani [2]数值研究流体流动和传热特性与交错挡板光滑通道连接。Kelkar和Patankar3)报道,传热与交错通道挡板增加挡板高度的上升和下降挡板间距。洛佩兹et al。4)进行了数值调查在一个三维层流强制对流通道挡板的周期性充分发展流动和统一的热通量顶部和底部墙。一个挡板的影响在通道入口区域热行为研究了郭和阿南德5]。Ko和阿南德6)实验研究了湍流信道与多孔挡板。他们发现,多孔挡板给更高级别的湍流比固体挡板。穆萨维和Hooman [7]数值研究了入口区域的传热行为层流通道流在交错挡板和报道,普朗特数影响的精确位置周期性充分发展区域。
Promvonge et al。8)提出了一个数值调查层流流动和传热特性的三维等温墙square-channel装有内联45°v型挡板在两个相反的墙壁。显然纵向反向旋转涡流动由V-baffle可以诱发冲击/附件流在墙上增加导致更大的传热测试通道。他们发现V-baffle堵塞率和螺距比收益率的最大热增强因子(微软)约为3.8,而大约是14倍高于光滑通道在更高的再保险。
Promvonge和Kwankaomeng9]也数值研究了周期性的层流流动和传热特性的三维等温墙通道长宽比,有45°V-baffle蹒跚而行。他们报告说,最优热增强因子是2.6挡板高度的0.15倍左右通道高度的V-baffle上游约2.75时指向的挡板高度V-baffle指向下游的0.2倍。
在[8,9),传热增强导致扩大的增加压力。因此,提高涡流发生器是减少压力损失,是通过研究涡流发生器的参数,尤其是流攻角涡的发电机。
本研究的主要目的是研究数值20°V-ribs配置对传热的影响,方管的压力损失和热性能。这是决定之后的文献检索显示,没有工作报道流的数值计算在20°多契方形管使用navier - stokes方程的完整形式。关于上面的文学评论中,气流攻角20°V-ribs导致显著影响传热特点,有助于减少压力损失。本调查的主要目的是研究的影响20°V-rib与肋高度的比例在单节间距比例指向下游(V-Downstream)和指向上游(V-Upstream)流场、温度场、传热率、摩擦特性、和热性能。
2。流程描述
2.1。肋骨几何和安排
感兴趣的系统是一个方形管20°V-rib一对放在两个串联的上下墙内联安排和指向两个不同的职位,V指向下游(V-Downstream)和指向上游(V-Upstream)如图1。流考虑预计将达到一个周期流条件下的速度场重演从一个细胞到另一个地方。周期性充分发展流动的概念及其解决方案过程被描述在10]。空气进入广场管入口温度,20°,流过一个内联V-rib一对,肋的高度,设置为0.05平方管道水力直径,和被称为阻塞比,。轴向,或肋单元被设置为之间的距离在这被定义为球场间距比,。
2.2。边界条件
周期性边界用于流的进口和出口领域。不断的空气质量流量与300 K ()假定输入流的方向而不是恒压下降由于周期性的流动条件。进口和出口资料的速度必须是相同的。空气的物理性质被认为在批量平均温度保持不变。不透水边界和无衬壁条件已经实现了管道墙壁以及肋。所有管道壁的恒定的温度保持在310 K,而肋板假定在绝热壁条件。
2.3。网格独立
网格独立过程使用理查森外推技术实现电网与不同数量的细胞。三个网格的特点,87320、126000、和186000个细胞,用于仿真。ν和变异值20°V-ribs,,小于0.25%时,增加细胞的数量从126000年到186000年;因此没有优势增加细胞的数量超过这个值。考虑解收敛时间和精度,采用126000个细胞的网格系统当前的计算模型。
3所示。数学基础
流体流动和传热的数值模型在一个方形管是在以下假设条件下发展起来的。(我)稳定的三维流体流动和传热。(2)流动是层流和不可压缩。(3)持续的流体性质。(iv)身体力量和粘性耗散将被忽略。(v)微不足道的辐射传热。
基于上述假设,管流是由连续性,navier - stokes方程,能量方程。在笛卡儿张量系统这些方程可以写成:连续性方程: 动量方程: 能量方程: 在哪里热扩散率和由吗
除了快速的能量方程离散方案,控制方程的离散的二阶逆风计划,解耦和简单的算法解决了使用有限体积方法(11]。的解决方案被认为是聚合时归一化剩余价值小于10−5对所有变量但小于10−9只对能量方程。
四个参数的兴趣现在的工作是雷诺数,摩擦系数,努塞尔特数,和热增强因子。雷诺数定义为
摩擦系数,由压降计算,在周期管的长度,如下:
传热是衡量当地努塞尔特数,可以编写如下:
平均努塞尔特数可以获得的
热增强因子(微软)被定义为传热系数的比值增强的表面,表面光滑,在同等的抽运功率和由(12] 在那里,和代表努塞尔特数和光滑管的摩擦系数,分别。
4所示。数值结果
4.1。验证测试
在本章进行验证,以确保计算是可靠的。验证方管的传热和摩擦系数没有执行V-rib相比之前的值在相似的操作条件下如图2(一个)和2 (b)怒和,分别。目前的数值结果与精确解中发现优秀的协议开放文献中获取的值(13ν和,误差小于±0.30%。这提供了一种强大的信心V-ribs管流的进一步调查。努塞尔特数的精确解和层流流动的摩擦系数在光滑管与恒壁温如下(13]:
(一)
(b)
4.2。流拓扑
流配置在一个方形管V-ribs放在方管的上部和下部的墙壁可以显示通过考虑简化情节描绘的人物3来5。
(一)
(b)
在数据3(一个)和3 (b)横向平面上,简化了20°V-rib是策划,和分别为V-Downstream V-Upstream。发现20°V-rib案例显示了类似的流结构45°V-ribs [8)在图4。Promvonge et al。8]给出了45°的流动结构V-rib;造成两个反向旋转涡对V-rib出现在模块的上下部分频道第一架飞机飞机。这种涡流模式类似于V-Upstream图3 (b)但是不同的旋转方向。他们得出的结论是,涡流动的外观可以帮助增加广场上更高的传热管道因为高运输液体从墙附近的中央核心制度。
(一)
(b)
流线撞击流的情节的低V-Downstream和V-Upstream病例数据所示5(一个)和5 (b),分别。的数据,它可以指出,撞击飞机定期发生的地区在下盘肋骨腔(上墙由于对称)。密切关注表明,墙上的撞击飞机来自螺旋流在一边卷起。螺旋涡流沿着RTE的肋骨腔(肋骨后缘),卷起撞击在墙上。撞击之后,飞机在墙上和重组分裂成两个螺旋流在附近的肋结束再创建漩涡流。的螺旋节距长度主要涡流在撞击和变得更短(约撞击后)。这意味着螺旋涡流通过五根肋骨模块从RTE转到另一侧RLE撞击之前(肋前缘)。这种行为都是相同的上、下部分与非均匀螺旋节距两个漩涡回水区在整个广场管形成。它可以得出结论,漩涡流与非均匀螺旋球可以诱导两个撞击流导致传热增强。
4.3。传热特性
数据6(一)和6 (b)显示温度场在横向平面的轮廓图V-Downstream和V-Upstream肋骨和,分别。数据显示,有一个主要变化在温度场的管板情况。这意味着涡流动提供了一个重要的对温度场的影响,因为它可以产生更好的流体混合和墙之间的核心地区流动,导致加热墙高温度梯度。可以观察到较高的温度梯度流到墙上,而下一个是发现在RTE侧壁面积V-Downstream病例和V-Upstream上下墙的情况下这个地区的温度有点高。结果显示类似的趋势与45°V-ribs [8情况下,提出了图7。
(一)
(b)
当地的轮廓的方形管墙V-rib,,介绍了数字8(一个)和8 (b)分别为V-Downstream V-Upstream。在这些数字,似乎V-Downstream肋显示更高值在方形管道壁尤其是两侧壁,虽然V-Upstream挡板提出更高值在两方管的上部和下部的墙壁。这表明采用V-discrete挡板的优点在光滑管强化传热。45°V-Downstream肋骨,如图9越高,传热面积发现在RTE侧壁类似于20°V-rib但不同价值观的传热速率。
(一)
(b)
平均的变化比用br在不同雷诺数值描述了数据10 ()和10 (b)分别为V-Downstream V-Upstream。值得注意的是,值会随着雷诺数的增加而增加对所有案件。较高的品牌价值的增加价值。发现的最大传热速率约为13和12倍光滑管与没有肋骨V-Downstream V-Upstream情况下,分别。因此,涡的生成来自使用V-rib以及更好的流体混合的作用和冲击的主要原因是增强传热的方管。的使用范围研究收益率传热速率的V-rib 1-13倍高于光滑方形管没有肋骨,而45°V-rib给最高的传热率1倍左右,据Promvonge et al。8]。
(一)
(b)
4.4。压力损失
数据(11日)和11 (b)现在的规范化摩擦系数的变化,与溴值不同雷诺数的值20°V-rib V-Downstream和V-Upstream分别。在图中,它是发现往往会增加与再保险的崛起和BR的价值观。的值为V-ribs发现1-52倍在平坦的广场,管而45°V-rib给了非常大的压力损失约1.1 -225倍光滑管(8]。这意味着低气流攻角的使用有助于减少系统的压力。
(一)
(b)
4.5。热增强因子
图12展品的变化热增强因子(微软)肋方形管流动的空气。在图中,V-discrete挡板的增强因子往往会增加与再保险公司价值观的崛起。的最大微软20°V-rib大约是4.2分别和0.15 V-Downstream和V-Upstream。相比,45°V-rib, 20°和45°V-rib给近值的最大微软虽然20°V-rib提供较低的传热速率。
(一)
(b)
5。结论
层流周期性流动配置和传热特性在一个方形管配备20°V-Downstream V-Upstream肋元素串联,内联安排放在测试管的墙壁的上半部分和下半部分都已经调查数值。(我)漩涡流由使用20°V-rib挡板帮助诱导撞击流在墙上interbaffle腔导致急剧增加肋片管的传热V-Downstream和V-Upstream病例。(2)传热强化的顺序是1-13时间高于光滑管使用V-ribs与单一的螺距比,。(3)压力损失的研究范围从1到52倍低于45°的光滑的平原管流V-rib的攻角。(iv)热增强因素V-ribs都发现在1.00到-4.20之间,最大的微软发现和0.15 V-Downstream和V-Upstream分别在高雷诺数。(v)它指出,使用20°V-rib给传热速率低于45°V-rib但可以帮助降低系统的压力损失。
命名法
| : | 传热面积,m2 |
| BR: | 堵塞比、() |
| : | 肋的高度,米 |
| : | 水力直径的平方管 |
| : | 摩擦系数 |
| 快: | 网格收敛性指数 |
| : | 对流换热系数,W m−2K−1 |
| : | 热导率,W m−1K−1 |
| : | 循环一个细胞的长度(或轴向长度,),米 |
| ν: | 努塞尔特数 |
| : | 静压,爸爸 |
| 公关: | 普朗特数 |
| 公关: | 螺距比, |
| 再保险: | 雷诺数() |
| RLE: | 肋骨前缘 |
| RTE: | 肋骨后缘 |
| : | 温度、K |
| : | 速度方向,m s−1 |
| : | 平均速度在通道,m−1 |
| : | 动态粘度,公斤−1米−1 |
| : | 热扩散率 |
| : | 肋骨倾角或攻角,学位 |
| 微软: | 热增强因子,() |
| : | 密度、公斤米−3 |
| : | 入口 |
| 0: | 光滑的管 |
| : | 墙 |
| 页: | 抽运功率。 |
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究是由工业技术学院(CIT),蒙国王科技大学北曼谷感激地承认。作者要感谢博士副教授Pongjet Promvonge博士Withada Jedsadaratanachai, KMITL的建议。