0 引言
1 数值计算方法
1.1 物理模型
Fig. 1 Schematic diagram of enhanced heat transfer tube structure图1 强化传热管结构示意图 |
Table 1 Values of design parameters表1 设计参数的取值 |
设计参数 | 取值 |
---|---|
Re | 710、1 500、2 750、4 000、4 790 |
A/B | 1.34、1.50、1.75、2.00、2.16 |
D/mm | 19、19、17、17、17 |
P/D | 26.33、23.53、19.12、14.70、11.90 |
1.2 控制方程
1.3 边界条件及计算方法
Table 2 Thermophysical properties of working fluid表2 工质热物理性质 |
参数 | 取值 |
---|---|
比热容cp/[J/(kg∙K)] | 4 174 |
动力黏度μ/(Pa∙s) | 5.49 × 10-4 |
密度ρ/(kg/m3) | 988.1 |
普朗特数Pr | 3.54 |
热导率λ/[W/(m∙K)] | 0.648 |
1.4 参数定义
Table 3 Parameter definition formula for twisted elliptical tubes表3 扭曲椭圆管参数定义公式 |
变量名称 | 公式 | 序号 |
---|---|---|
对流传热系数 | $h={q}/{\left( {{T}_{\text{w}}}-{{T}_{\text{m}}} \right)}\;$ | (6) |
当量直径 | $D={4{A}'}/{U}\;$ | (7) |
雷诺数 | $Re={\rho {{v}_{\text{m}}}D}/{\text{ }\!\!\mu\!\!\text{ }}\;$ | (8) |
努塞尔数 | $Nu={hD}/{\lambda }\;$ | (9) |
摩擦系数 | $f={2D\Delta p}/{\left( {{L}_{2}}\rho v_{\text{m}}^{2} \right)}\;$ | (10) |
压降 | $\Delta p={{p}_{\text{in}}}-{{p}_{\text{out}}}$ | (11) |
1.5 湍流模型验证
Fig. 2 Comparison of numerical simulation and experimental results图2 数值模拟和实验结果对比 |
1.6 网格生成和独立性验证
Fig. 3 Grid division图3 网格划分 |
Fig. 4 Variation of Nu and f with the number of grids图4 Nu和f随网格数的变化 |
2 结果与讨论
2.1 流场和温度场分布
Fig. 5 Local flow curve and velocity distribution in twisted elliptical tube图5 扭曲椭圆管内局部流动曲线和速度分布 |
Fig. 6 Temperature distribution of twisted elliptical tube on different axial cross sections图6 扭曲椭圆管在轴向不同横截面上的温度分布 |
2.2 结构参数对传热和流动特性的影响
Fig. 7 Variation of h and ΔP with Re in twisted elliptical tubes with different A/B when P/D = 19.12图7 P/D = 19.12时,不同A/B的扭曲椭圆管内h和ΔP随Re变化 |
Fig. 8 Variation of h and ΔP with Re in twisted elliptical tubes with different P/D when A/B = 1.75图8 A/B = 1.75时,不同P/D的扭曲椭圆管内h和ΔP随Re的变化 |
2.3 熵产分析
Fig. 9 Variation of ΔS′gen in a twisted elliptical tubes with different Re: (a) P/D (A/B = 1.75); (b) A/B (P/D = 11.90)图9 扭曲椭圆管内ΔS′gen随Re的变化:(a)P/D(A/B = 1.75);(b)A/B(P/D = 11.90) |
Fig. 10 Variation of (ΔS′gen)ΔT and (ΔS′gen)ΔP with Re in a twisted elliptical tubes with different A/B when P/D = 19.12图10 P/D = 19.12时,不同A/B的扭曲椭圆管内β(ΔS′gen)ΔT和β(ΔS′gen)ΔP随Re的变化 |
Fig. 11 Variation of Be in a twisted elliptical tubes with different Re: (a) P/D (A/B = 1.50); (b) A/B (P/D = 19.12)图11 扭曲椭圆管内Be随Re的变化:(a)P/D(A/B = 1.50);(b)A/B(P/D = 19.12) |