文摘
数值分析换热器的传热机制和流拓扑广场通道(HESC)安装double-inclined挡板(DIB)报道。本研究的主要目的是研究DIB高度管高度的影响 ),DIB距离管高度( ),和流攻角( )在流拓扑、传热特性和热性能。雷诺兹数(基于入口HESC约100 - 2000)是分析当前的问题。HESC安装的数值模型与本文解决了有限体积方法(商业代码)。HESC安装的模拟结果与本文报道形式的流拓扑和传热特性。努塞尔数(ν),摩擦因素( ),和热增强因素(微软)HESC放置的DIB。数值结果,看到DIB产生漩涡流和撞击流在所有情况下。漩涡流和撞击流干扰HESC墙壁上的热边界层的发展是一个关键的动机传热率。最好的微软HESC DIB约为3.87的安装 , , ,和 。此外,微软的轮廓,这有助于设计HESC插入DIB,执行。
1。介绍
热开发生产过程的许多植物和工程设备已经被各种调查研究小组。热的发展可以通过被动和主动的技术。被动技术是紊流器或涡流发生器的安装热交换器产生漩涡流和撞击流通过加热/冷却部分。漩涡流和撞击流影响改变的热边界层传热强化的主要原因。此外,漩涡流和撞击流也生长液混合传热的力量,是另一个原因的改善。涡的流动特性不同发电机没有类似的模式。因此,旋涡发生器的选择取决于应用程序的热交换器。活跃的方法是外部力量的增加加热/冷却过程传热率增长。活跃的技术有很大的效率延长热交换器的传热能力。然而,额外的权力带来更高的生产过程的生产成本。 For the present investigation, the passive technique is picked to extend the heat transfer ability and thermal performance in the heat exchanger duct.
有许多作品的各种热改善热交换器与被动的方法。调查方法可以分为两种方法:数值和实验研究。实验结果验证设备的高可靠性和精度值。然而,实验结果无法解释的流动特性和传热模式在几乎情况下传热过程。传热过程的数值调查提出的机制来解释测试部分。知识的流动特性和传热结构是重要的数据来帮助设计热交换器。然而,数值模型必须验证确认数值结果的依赖。
有许多出版作品关于传热和流动机制,这是重要的知识,热交换器和工程设备(1- - - - - -9]。改善传热的例子在各种类型的热交换器与被动技术的数值和实验调查如下。Bahiraei et al。10]研究传热的增长潜力在横切面装有v型肋结合nanofluid。的影响45°v型肋传热潜力,摩擦损失和thermo-hydraulic性能比较与60°v型肋。他们提出,低熵的一代是发现在45°v型肋。他们还声称,节间距较小的大肋高度提供了抑郁(火用)破坏和扩展第二定律效率就越高。Bahiraei et al。11)数值研究的thermo-hydraulic性能Cu-water nanofluid在一个方形管安装90°v型肋。肋参数的影响(肋高度和肋间距)传热,热性能和压力损失被认为是。他们得出的结论是,传热率约增加28.3%时增加肋的高度从2.5到7.5毫米50 mm的音高间距。直接模拟通道的入口区域传热(等温墙)装有肋骨 报道了松原et al。12]。他们发现,热边界层的修改影响传热系数的增强肋通道的入口政权。李等人。13)研究了在微通道传热潜力和流动特性与固体和多孔肋骨。他们发现,微通道的热力性能与肋骨大于平原部分安装没有肋骨。Bahiraei et al。14]报道第二定律分析nanofluid装有锥形肋的通道。肋骨安排和纳米颗粒形状的影响流配置和传热被认为是。江et al。15]介绍了两相流与传热与column-row-rib概要文件在一个矩形测试部分。白等。16)调查了肋干扰效应的条目pin-fin阵列压力损失,热性能和传热能力 。的影响肋配置(60°肋、v型肋和w型肋)在流动拓扑和传热模式进行比较。他们指出,入口效应不仅传热发展潜力,也缓解了压力损失的原因,这是一个热性能增加。李等人。17]研究了压降,传热潜力与微型通道结构化的肋骨在一面墙上 (动荡的政权)的数值和实验研究。他们的研究结果显示,平均努塞尔数和整体努塞尔特数大于光滑通道没有肋骨的约-3.3 2.2 -2.6和2.9倍,分别。白等。18)模拟的压力损失和传热能力pin-fin数组与肋骨紊流器安装。他们总结,肋骨诱发的二次流传热增强的原因。他们也告知90°肋让最好的整体性能。强迫对流传热和压力损失的一方截面离散组合挡板被Boonloi报道,Jedsadaratanachai [19]。流的影响方向和困惑的高度对热性能在广场通道被考虑 。他们发现广场通道的传热能力配备离散组合挡板大于普通通道没有挡板的2.8 - -6.0倍左右。
目前调查,换热器的传热机理和流动特性广场通道(HESC)安装双斜挡板(DIB)数值。DIB高度的影响,DIB距离,和流的攻角流流和传热特性被认为是层流。本文设计的主要目的产生共转流。共转流和反向旋转流相比,这是由v型涡发生器(9,19]。共转流可能提供更高的传热率较低时压力损失与反向旋转流进行比较。热性能评估HESC配备的DIB也报道。微软目前轮廓,这有助于选择DIB参数,HESC不同 和 DIB的绘制。
2。物理域HESC配备的DIB
HESC配备DIB和计算模型如图1。DIB设计同样作为一个安装孔由于考虑,稳定,和维护。HESC高度, ,是选择了现在的工作。HESC的水力直径, ,等于 , 。提出了以“DIB高度”。管的DIB高度高, ,是多种多样的, 。DIB之间的距离或节间距提出了“”。节间距管高度, ,是多种多样的, 。流DIB的攻角, ,选择目前的调查。胎侧板厚度的左右对所有病例。
3所示。数学基础和初始和边界条件
目前工作的方法被称为从文献[20.]。的流体流动和传热HESC在三维空间中被认为是稳定的。测试液体,空气在300 K(普朗特数约为0.707),被定义为不可压缩流。基于水力直径的雷诺数约100 - 2000(层流)被认为目前的工作。空气的热特性是已知的在大部分的意思是平均温度是常数。考虑传热模式,测量HESC强迫对流换热,而其他模式(辐射和自然对流)被忽略。身体力量和粘性耗散HESC也被忽视。没有滑动墙条件适用于所有HESC表面和DIB。
雷诺数可以确定方程(1)。
摩擦系数, ,在HESC计算方程(2)。
的传热能力HESC插入的DIB提出与当地努塞尔特数和平均努塞尔特数方程(3)和(4),分别。
HESC插入的热效率与热效率的DIB见形式因素,微软。微软目前被定义为传热系数的比值增强的表面, ,表面光滑, ,在一个类似的抽运功率和由以下几点: 在哪里和代表努塞尔特数和光滑管的摩擦系数,分别。
边界条件为目前的工作可以概括为表1。
4所示。数值方法
有限体积法和SIMPLE算法(如图2)选择解决数值问题的DIB HESC插入。基于假设,HESC流是由连续性,n - s和能量方程。连续性方程、动量方程和能量方程幂律的离散方案,幂律方案,分别和快速方案。在数值计算过程中,解决方案被认为是聚合时归一化残余值小于105所有的变量,但小于109只对能量方程。
5。数值验证
层流,数值验证有两个部分:(1)验证的顺利HESC没有DIB和(2)最优网格细胞或网格独立性。平原的验证管没有DIB传热和压力损失。目前的结果之间的比较值的相关性(21]努塞尔特数和摩擦系数都是描绘在图3。图,它是检测到的绝对平均偏差努塞尔特数是2%左右,而摩擦系数的3.2%左右。
对于网格测试,不同网格细胞(120000、240000、360000和480000个细胞)和DIB HESC插入( , ,和 )比较努塞尔特数和摩擦系数。看到,从120000年到240000年增长的细胞没有影响传热和压力损失与DIB HESC安装。因此,网格大约120000个细胞是所有调查测试当前的研究。验证的结果,它可以概括的数学模型具有较高的可靠性预测流拓扑和传热特性与DIB HESC安装的。
6。数值结果
6.1。流动和传热特性HESC配备的DIB
的流拓扑HESC配备提出了本文通过考虑横向平面和纵向涡流动的流线。横向飞机的流线是一项指标检查HESC流模式,而纵向涡流动引导视图上的撞击流管墙。HESC配备的传热机制的DIB报告关于温度和局部努塞尔特数轮廓。温度轮廓是一个指示器检查热边界层的变化在管道壁附近,而当地努塞尔特数轮廓的变化表明在管道壁传热机制。
但是。本文高度的影响
数据4(一)- - - - - -4 (f)现在的流线 - - - - - - 飞机在HESC放置的DIB ,分别在 , ,和 。的人物,创作的漩涡流 值。流结构HESC同样发现DIB山庄。DIB生成共转流下层区域的飞机。对称流在上下飞机的部分是由于DIB的对称结构。四大涡的涡流动由内核。漩涡核心位置改变时改变 价值。的漩涡流现象是有利的传热和热性能改进。漩涡流将中断HESC表面上的热边界层。热边界层的破坏传热增加也是一个重要因素。此外,漩涡流帮助更好的流体混合的HESC传热增强的另一个原因。流特性描述与DIB HESC安装被描绘成图5。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
纵向涡流HESC放置的DIB的数据6(一)- - - - - -6 (f)为 ,分别在 , ,和 。的数据,可以看出HESC墙壁的旋涡流影响。的力量漩涡流似乎来得更增加了DIB高度。因此, 提供了强大的旋涡流, 执行相反的结果。此外,螺旋节距长度的漩涡流减少当上升 价值。螺旋间距的减少带来更高的传热引起的涡流强度增大。HESC放置的类似的流型与流的DIB发现攻角。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
流体温度的DIB HESC插入的轮廓 - - - - - - 飞机的 显示为数字7(一)- - - - - -7 (f)分别在 , ,和 。温度等高线HESC放置的DIB是指导热边界层的变化(见图8)。如数据所示,这个漩涡流,创建的DIB,扰乱HESC墙壁上的热边界层。当插入DIB HESC,红层厚度HESC壁附近的热空气减少,冷流体在中间的蓝色层的平面分布HESC墙壁。最好的流体温度分布检测到什么时候 ,而穷人分布检测 。这是因为涡强度直接影响流体分布和热边界层的扰动。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图9介绍了当地努塞尔特数墙上轮廓HESC放置的DIB在不同 值 和 。由于HESC类似的流动配置,传热行为被看作是在一个类似的模式。传热速率的峰值检测到与DIB HESC安装在右侧(侧)和下层边(侧B)在所有调查案件。HESC插入的传热率和DIB增强时增加 由于涡强度增量值。类似的传热概要文件时发现气流攻角的变化。平均努塞尔数的比较与DIB HESC安装在不同的轮胎提出了如图10。
6.1.2。DIB距离的影响
横向平面的流线的HESC安装DIB和数据说明(11日)- - - - - -11 (c)分别为 在 , ,和 。数据,旋涡流,创建的DIB,被发现在所有飞机的研究情况。对所有 值,流量剖面包含四个涡核。HESC漩涡核心职位是在类似的地方( 和 当改变位置) 。这意味着 没有影响变化的漩涡核心位置。当增加涡强度降低 影响传热速率的减少。
(一)
(b)
(c)
温度轮廓 - - - - - - 飞机在HESC位于DIB和数据绘制12(一个)- - - - - -12 (c)为 ,分别在 , ,和 。的温度轮廓图,HESC也同样看到了改变的时候 (见图13)。冷流体传播从HESC的核心,而附近的热流体层管墙减少。这意味着变化的 稍有影响变化的传热行为。
(一)
(b)
(c)
当地的努塞尔特数轮廓与各种管道壁 值HESC放置的DIB如图所示14在 , ,和 。在不同的传热概要 值非常接近。峰值检测到传热能力的权利和下层的管墙 用例。努塞尔特数字管道壁增加时略有减少 由于decressed漩涡的力量。
6.2。热分析与DIB HESC安装
HESC插入的DIB的热分析可以分为三个部分:传热、压力损失和热增强因子。的传热速率HESC配备了DIB绘制努塞尔特数,而压力损失和效率创建为摩擦系数和热增强因子,分别。
6.2.1。传热分析
ν/ν的变化0在不同雷诺数 值与DIB HESC插入数据绘制(15日)- - - - - -15 (c)为 ,分别。一般来说,HESC放置的传热潜力的DIB生长时的雷诺数睾丸上升。这是因为雷诺数的增加带来了更高的涡流强度。在类似的 ,的 给出了传热速率最高,而 执行最低的传热能力。努塞尔特数提高DIB高度上升时由于涡强度增加。在类似的 攻角和流量, 提供了最大的传热能力, 给出了相反的结果。的 给最大的传热流动攻角的潜力。HESC的传热能力 发现高于吗 的气流攻角45°。流攻击30°角,努塞尔特HESC放置的DIB的数字 非常接近。流攻击45°角给努塞尔特数略高于30°的气流攻角 ,分别为 。的 执行更大的努塞尔特数比率比 分别在7.58%和10.66% ,分别约8.61%和19.94% 。
(一)
(b)
(c)
在 和 ,努塞尔特数比率约为4.34,7.63,11.35,13.13,13.89,和14.19,分别 ,而在4.17,7.41,10.49,12.38,12.97,和13.42,分别 。努塞尔特HESC的数字 更大比光滑管约4.03,7.44,10.14,11.95,12.64,和13.98倍,分别,当看到在高雷诺数。为 ,努塞尔特数最高的比率是15.91,15.08,和14.69,分别 。
6.2.2。压力损失分析
的 在各种各样的HESC放置DIB ,雷诺数,攻击角度绘制数据流(16日)- - - - - -16 (c)分别为 。一般来说, 在HESC放置DIB显著增加增加了雷诺数和DIB高度。在类似的攻击角度和流动 ,的最大 发现在 ,而相反的结果是发现 。的增量 值会导致减少摩擦损失。的测试部分 提供了比这更高的摩擦损失 分别在15.79%和25.42% ,分别约19.12%和35.07% 。流攻击45°角给摩擦损失超过30°的气流攻角 值。测试部分的压力损失和流量攻击45°角发现高于30的气流攻角°分别约为49.82%,47.28%,44.19% ,当考虑在 。最大的摩擦系数比率约为110.82,95.05和84.66 ,分别的α= 30°,而在220.86、180.36和151.68,分别 。
(一)
(b)
(c)
6.2.3。微软目前的分析
微软与雷诺数的关系不同 和流动的攻角HESC安装与DIB描绘成数字(17日)- - - - - -17 (c)为 ,分别。HESC插入的热力性能的DIB大于平原管没有DIB所有调查测试( )。随着数字,微软提高当雷诺数增加。由于 使涡强度最低,直接影响传热速率,因此, 提供最低的微软 值。找到最优微软 对所有 值流的攻角为30°,同时观察到 流的45°攻角 ,分别。考虑在 ,微软目前大约是3.87,3.78和3.81 ,分别为 ,而在3.31、3.26和3.12,分别 。
(一)
(b)
(c)
7所示。结论
本文对传热的数值分析潜力,压力损失和thermo-hydraulic性能与执行DIB HESC安装。流攻角的影响,DIB高度,DIB距离对流动和传热特性。仿真结果,可以得出目前调查的主要发现如下。(我)DIB创建漩涡流和撞击流通过HESC所有调查情况。漩涡流和撞击流是一个破坏者HESC热边界层的表面。热边界层扰动是显著提高传热潜力的关键。漩涡流和撞击流也有助于增强湍流混合的力量。改进的流体混合的另一个原因是传热能力的发展。漩涡的力量取决于气流攻角,DIB高度,DIB距离和雷诺数。旋涡力增加当越来越多的DIB高度和雷诺数和减少DIB距离(2)相比之下,流攻角为30°运营近值的传热能力较低的压力损失相比的气流攻角45°。因此,流的热增强因子攻角为30°高于气流攻角为45°。最好的热增强当前工作大约是3.87倍 , ,和 。调查范围,努塞尔特数和摩擦系数值HESC安装的DIB比普通管上没有DIB约-220.86 1.00 -15.91和1.00倍,分别。的最佳微软发现攻角范围内的流动 和 如图18(3)传热速率的峰值由于撞击流显然是发现侧壁(边)的所有调查情况。HESC中的知识碰撞政权是一个优势为某些类型的热交换器,如太阳能空气加热器,它只需要一个侧受热面(iv)当考虑到安装,DIB更稳定的涡流发生器与挡板相比,肋骨,或小翼,这是放置在管道墙壁。传热速率、压力损失和热性能的DIB和v型涡发生器(9)很近
缩写
| 本文: | Double-inclined挡板 |
| HESC: | 换热器广场通道 |
| 微软: | 热效率的因素 。 |
| : | 本文高度(米) |
| : | 液压双韵脚(m) |
| : | 摩擦系数 |
| : | HESC高度 |
| : | 对流传热系数(W m2K1) |
| : | 导热系数(W m1K1) |
| 李: | 物理模型的周期长度(米) |
| ν: | 努塞尔特数 |
| : | 音高距离(米) |
| : | 静压(Pa) |
| 再保险: | 雷诺数 |
| : | 温度(K) |
| : | 平均速度在通道(m s1)。 |
| ρ: | 密度(公斤米3) |
| μ: | 动态粘度(公斤米1年代1)。 |
| 0: | 普通管没有DIB |
| : | 抽运功率。 |
数据可用性
没有数据被用来支持本研究。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。
确认
作者要感谢协会。博士教授Pongjet Promvonge建议。这项研究是由蒙国王科技大学北曼谷。