文摘

本研究提出了结构改进的v型肋骨测试方管(TSD)。v型肋骨,插入到中间的TSD中(称为A型)和v型肋骨,这是放置在相反的TSD墙(称为B型),修改增加结构稳定。罗纹高度管高度的影响, ;v型酒吧厚度管高度, 和0.050;和流动方向(V-Upstream和V-Downstream)被认为是。新设计的v型肋骨被称为“修改v型肋骨或解决的。“现在的问题已经解决了数值方法(商业代码)。TSD的流动和传热特性。数值结果表明,我们给流动和传热模式同样一般v型肋。撞击流、旋转流和令人不安的热边界层,导致传热增强,观察到。调查范围,增强传热的18.12倍以上光滑管与最优热增强因子检测到约4.16。

1。介绍

壳管式热交换器,热交换器fin-and-tube热交换器,双管换热器,和太阳能空气加热器,是许多行业的重要设备和工程工作。因此,发展工业热交换器是一个主要项目的改进。换热器的发展可以帮助节约能源的产业。生产过程的节能直接影响生产成本。换热器的发展可以通过各种技术。涡流发生器的安装或紊流器进入换热器的技术来提高热交换器的热性能。有许多旋涡发生器类型如肋骨,挡板,小翼,表面粗糙度。每种类型的涡流发生器是在应用程序开发的热交换器。肋骨/挡板[1- - - - - -3]是一种涡发生器,总是选择有助于提高热交换器的传热速率和效率,尤其是v型肋。v型肋/挡板具有较高的有效性提高传热速率。v型肋/挡板已经适应支持许多供暖系统。v型肋的影响/挡板参数如肋高度、肋间距、流攻角和位置对流动和传热特性已被许多研究人员调查。

例如,Zhang et al。4)选择micro-V-shaped肋骨和酒窝在通道增强传热能力。肖et al。5]研究了强化传热与V-ribs minichannel散热器雷诺数在3600 - 6800。他们的强化传热模拟的结果表明,大约171 - 355%相比,普通通道。Bahiraei et al。6)选择v型肋骨结合nanofluid改善传热潜力在一个方形的通道。流攻角的影响,肋骨音高和肋的高度进行比较。他们得出的结论是,更高的肋高度和小肋间距给较低的(火用)破坏和增加第二低效率。Jain和Lanjewar [7)提出了最大增强传热的2.30倍以上的基本情况是观察到的太阳能空气加热器配有V-ribs。金等。8)数值研究太阳能空气加热器的传热增强multiple-shaped肋骨。Bahiraei et al。9)模拟了流体流和传热特性在一个方形通道插入90°v型肋骨。他们总结,增强传热时大约28.3%增加肋高度从2.5到7.5毫米50 mm的肋骨间距。Misra et al。10]报道的CFD分析三角形太阳能空气加热器管使用第五根肋骨和多个空白和湍流促进剂。金等。11,12)提高了太阳能空气加热器的热性能通过使用多个v型肋骨。他们报告说,2.43是观察到的热工水力性能因素的交错肋(11]。Kumar和金13数值研究了努塞尔特数和摩擦系数在一个风道安装各种v形的肋骨。辛格et al。14)选择第五肋骨与缺口加强一个矩形管的传热系数。肋骨流攻角与一个相对粗糙度值0.043和相对粗糙度距8进行了研究。托等。15)表示,3.34倍的最大增强努塞尔特数是发现太阳能空气加热器粗糙多隙第五肋骨加上交错的肋骨。拉维,赛16)安装离散multi-V-shaped和交错的肋骨两侧吸收板,以增加太阳能空气加热器努塞尔特数。他们认为最好的努塞尔特数比例大约是4.52。Caliskan和Baskaya17)提高了传热能力通过v型和缩放肋骨。辛格et al。18)相比,太阳能空气加热器之间有离散第五肋骨和传统的平板太阳能空气加热器。

作为讨论的作品出版,v型肋/挡板为各种热交换器是一种有效的旋涡发生器。传热速率和热交换器的热性能明显增强,当安装v型肋/挡板。然而,我们发现,结构的v型肋/挡板是一些系统不稳定。v型肋/挡板(19- - - - - -21]这是放在下层的墙壁总是从热交换器部分,尤其是上层v型肋/挡板。v型肋/挡板(21]在中间插入测试部分总是从他们的位置(横断面视图)。由于这个问题,v型肋修改/挡板与主主意改善罗纹/挡板结构的稳定。维护和安装也考虑这一修改。修改完成的肋骨/挡板类型:(1)v型肋/挡在中间插入测试方管(TSD)和(2)v型肋/挡板放在下层TSD墙壁。新设计的v型肋/挡板叫做修改v型肋(MVR)。MVR维度的影响及MVR配售传热、流型和热性能。数值调查选择调查TSD中安装,我们因为我们想要知道在测试部分的传热和流动机制。传热和流动机制在TSD中重要的知识旋涡发生器和热交换器的改进。

2。物理模型与MVR TSD中安装的

测试部分是TSD配备各种MVR类型如图1(一)。我们可以分为两个配置:(1)“A型”是一个组合的v型肋插入中间的保洁和v型酒吧,(2)“B型”是一个组合的v型肋放在下层TSD墙和v型酒吧(见图1 (b))。TSD的高度, ,等于TSD宽度, m。创建了v型酒吧的主要目的提高涡流发生器的稳定。我们的高度, ,的高度或TSD中 是不同的: ,0.10、0.15、0.20、0.25和0.30。v型条厚度, ,的高度或TSD中 的0.025和0.05。我们攻角, ,选择30°目前的工作。我们之间的距离, ,的高度或TSD中 = 1 (19]。流的方向可以分为两个方面:(1)V-apex MVR指向下游称为“V-Downstream (VD)”和(2)V-apex MVR指向上游称为“V-Upstream (VU)” 。雷诺数在100 - 2000年的层流被认为在目前的研究。周期长度的数值模型, ,等于 。

3所示。数学基础和数值方法

的假设,边界条件和初始条件的TSD中得出的结论如下:(我)考虑传热机制,强制对流的TSD中测量,而自由对流和辐射传热是不重要的(2)空气与300 K温度( )设置测试液。空气被认为是不可压缩流体(3)空气的性质视为常量值,因为流体温度的变化在TSD中不高于10°C ( °C)(iv)体力被忽略粘性耗散(v)没有滑动墙条件适用于所有TSD表面(vi)流动和传热的TSD中设置为在三维空间中稳定的条件(七)恒定的温度在310 K是申请TSD墙壁,虽然我们是假定为绝缘体(八)周期性条件申请出入境模拟模型的区域

数值TSD中安装的问题,我们已经解决了一个商业代码与有限体积法(流利)。本研究的主要方程是连续性,n - s和能量方程。数值方法的连续性和动量方程幂律的离散方案,而能量方程与快速离散方案。模拟解决方案被接受时聚合规范化剩余价值小于10⁵所有的变量,但小于10⁹只对能量方程。

连续性方程、动量方程和能量方程方程所示(1),(2)和(3),分别。

连续性方程

动量方程

能量方程 在哪里热扩散率和写如下:

在TSD中气流速度入口雷诺数的了。可以计算雷诺数

显示了压降在TSD中摩擦系数。摩擦系数是由

的传热潜力TSD中提出了由当地努塞尔特数和平均努塞尔特数方程(9)和(10),分别。

下标w和f代表墙和当地液,分别当地协调正常在墙上。

热增强因子(在同等的抽力)的TSD计算方程(11)。热增强因子定义为传热系数之间的比例的MVR,安装的TSD中 ,和光滑管的传热系数, 。

4所示。数值结果

数值结果可以被报告为三个部分:(1)数值验证,(2)配置的流动和传热,和(3)绩效评估。

4.1。数值验证

为层流,验证了数值模型由两个主题:(1)光滑管验证和(2)网格独立性。光滑管验证、努塞尔特数和摩擦系数的光滑管与相关数据22)如图2。在图中,可以看出目前的结果与相关类似的趋势值。努塞尔特数的偏差和摩擦系数不超过±10%。

对于网格独立性,数值模型(A型和B, , ,与五种不同网格VD): 120000年,180000年,240000年,360000年和480000年,中所描绘的一样比较数据3和4为 和 ,分别。比较表明,类似的趋势努塞尔特数和摩擦系数对所有网格细胞观察。增加网格单元比180000没有压力损失和传热的影响。因此,TSD中配备的数值模型,我们创建180000个网格细胞的所有研究情况。

结果验证,它可以概括TSD中数值模型的可靠性研究流动和传热的配置。

4.2。配置在TSD中流动和传热

提出了简化的横向轴TSD如图5为 , ,和 。MVR产生涡流经的TSD中所有调查情况。流模式是相似的,一般的v型肋骨没有v型酒吧。四个主要涡中心和附近的小漩涡TSD角度和墙壁。下层的对称的流动和左右部分由于对称的份。考虑下对旋涡流,反向旋转流动与common-flow-up发现类型的MVR VU方向和B型MVR与VD的方向,而反向旋转的流common-flow-down发现的类型与VD的MVR方向和B型MVR VU方向。涡中心位置取决于MVR高度和类型。

侵犯流在TSD中墙是描绘在图6。通常,侵犯流涡流动的一部分被发现在所有调查案件。在TSD中侵犯地位取决于MVR类型和流动方向。

漩涡流和侵犯流在TSD中一个重要的机制提高了传热。漩涡流和侵犯流帮助更好的混合流动和热边界层干扰。更好的流混合和干扰热边界层传热发展的两个主要因素。

的传热机制并给出了TSD中流体温度的横向轴和地方努塞尔特数在TSD中墙。图7情节的温度分布在TSD中横向轴。一般来说,更好的流体分布研究中观察到的所有情况。附近的干扰热边界层还发现TSD墙壁。干扰热边界层的配置取决于MVR类型和流动方向。

努塞尔特数分布在TSD中墙图所示8。在图中,最高的传热(红色线)是观察到下层墙的类型与VD的MVR方向和B型MVR VU方向。类型的MVR VU方向和B型MVR VD的方向,最好的努塞尔特数(红色轮廓)检测左右侧壁。努塞尔特数最高的TSD中墙是由于热边界层干扰行为的侵犯流。

4.3。绩效评估

有三个部分:强化传热,增强压力损失、和效率、热性能分析。在TSD中提出了增强传热努塞尔特数比( ),在增强压力损失报告的摩擦系数比( )。的安装问题,我们在TSD中导致传热率和摩擦损失增加。因此,我们安装的优点被认为是热的增强因子(微软)。

图9礼物的关系 与再保险的MVR安装的TSD中。通常情况下,传热速率提高时增加雷诺数和MVR高度由于涡强度增加。涡流强度直接影响到增强的传热速率。的 执行略传热速率大于 对所有解决的类型和流动方向。VD的方向给出了一个比VU方向上努塞尔特数。MVR类型相比,B型,我们提供了一个努塞尔特数高于一份车辆类型。在调查范围内, 大约是1.45 - -15.45和1.05 - -18.12 A和B MVR类型,分别。

的关系 与再保险在TSD中位于MVR如图10。正如图中所看到的, 当雷诺数和MVR上升高度增加。的 执行略摩擦损失高于 。VU方向给上层压力损失比VD的方向。类型,我们提供更多比B型MVR摩擦损失。在调查范围内, 发现在2.40 - -141.75和1.55 - -122.14 A和B型MVR,分别。

微软目前的变化与再保险TSD中安装,我们绘制如图11。的MVR使热力性能比普通管对所有调查案件。的变量 略有影响变量微软。解决执行类型微软目前低于B MVR类型。4.16是最好的微软发现B型MVR, 和错觉。

微软vs的变化。 在 类型A和B,我们绘制的人物12(一个)和12 (b),分别。类型的MVR,最好的微软是观察到 和0.20,分别为V-Upstream和V-Downstream。B型MVR,最佳检测到微软的 ,除了 的V-Downstream执行最好的微软 。

5。结论

传热和流动特性数值预测在TSD中安装MVR报告。MVR高度的影响,MVR类型、v型杆尺寸,并考虑MVR配售 。模拟结果表明,总结可以表示如下:(我)结构性流动和传热的TSD中安装,我们也同样为一般v型挡板/肋骨。机制,漩涡流,侵犯流,和热边界层扰动在TSD中观察到(2)18.12倍的最大传热速率在光滑管为B型,我们发现。最好的检测到微软4.16 B型安装的TSD中解决的 和 VU的方向(3)与一般的v型挡板/肋[相比19- - - - - -21),我们给出了传热速率和热性能几乎与一般类型。结构问题,我们有更多的稳定性比普通v型挡板/肋骨插入时真正的供热系统

命名法

:	平均速度厚度、米
:	MVR高度,米
:	液压管的直径,m
:	摩擦系数
:	方管高度,m
:	对流换热系数,W m2K1
:	热导率,W m1K1
:	数值模型的长度
ν:	努塞尔特数(= )
:	静压,爸爸
再保险:	雷诺数
:	温度、K
:	平均速度在通道,m·s1。

希腊字母

:	流攻角,学位
微软:	热增强因子(= )
:	密度、公斤·m3。

下标

0:	光滑的广场通道
页:	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。

确认

作者要感谢Assoc。博士教授Pongjet Promvonge建议。这项研究是由蒙国王科技大学北曼谷,合同编号。kmutnb - 65 -基础- 18。