圆柱凸包管流动与传热特性的数值研究.pdf
《圆柱凸包管流动与传热特性的数值研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《圆柱凸包管流动与传热特性的数值研究.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、圆柱凸包管流动与传热特性的数值研究李振龙(国电电力大同发电有限责任公司,山西 大同 037000)摘要:通过对低温省煤器新型圆柱凸包换热管的传热过程进行数值模拟,研究圆柱凸包的直径和间距对管内流动与传热特性的影响规律。结果表明,圆柱凸包有效地破坏了近壁面处的热边界层,提高了速度场与温度场的协同效应,强化了换热性能。相较于光管,圆柱凸包管的努塞尔数 Nu 提高了 17.9%52%,摩擦阻力系数f提高了 1.2%26.1%,综合传热性能提高了17.5%47.6%。高度h=0.60 mm、间距l=28 mm的结构强化传热效果最佳。关键词:圆柱凸包管;涡流;强化换热;数值模拟DOI 编码:10.166
2、41/11-3241/tk.2023.04.006N u m e r i c a l s t u d y o f f l o w a n d h e a t t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c s i n a c y l i n d r i c a l r a i s e d t u b eLI Zhenlong(GD Power Datong Power Generation Co.Ltd.,Datong 037000,China)A b s t r a c t:A numerical simulation of the heat tran
3、sfer process of a new cylindrical raised tube is carried out to study the influence of the diameter and spacing of the cylinder on the flow and heat transfer characteristics in the cylindrical raised tube.The results show that the cylindrical raised effectively destroys the thermal boundary layer ne
4、ar the wall,improves the synergistic effect of the velocity field and the temperature field,and strengthens the heat transfer process.Compared with the bare tube,the Nusselt number(Nu)of the cylindrical raised tube increases by 17.9%52%,the frictional resistance coefficient(f)increases by 1.2%26.1%,
5、and the comprehensive heat transfer performance increases by 17.5%47.6%.The structure with height h=0.60 mm and spacing l=28 mm has the best heat transfer effect.K e y w o r d s:cylindrical raised tube;vortex;enhanced heat transfer;numerical simulation0 引言低温省煤器作为 600 MW 火力发电厂中重要的热力设备,其主要功能是回收燃煤后产生的废
6、热,用于预热锅炉给水,从而提高锅炉热效率,降低煤耗。其工作原理是通过换热器将锅炉尾部烟气中的余热传递给给水。因此,对换热管进行强化传热可提高换热器效率,降低煤耗,提高发电厂总效率,减少环境污染。无源强化传热技术不需要额外的能源输23区域供热 2023.4 期入,在实际工程中得到了广泛应用。关于换热管强化传热技术的研究在国内外得到了广泛的关注 1-4。刘鹏等 5对插入锥型片涡发生器的管内流动与传热特性进行实验研究,结果表明,插入物可加剧管内流体的扰动,强化传热性能。陈邦强等 6对横纹槽换热管的换热过程进行模拟研究,结果表明,流体在流经横纹槽时发生回流,破坏了近壁面处的热边界层,相较于光管传热性能
7、最大提升 70%。Liu 等 7对内翅片的换热管进行了数值模拟研究,发现翅片的添加增大了努塞尔数和阻力系数,其中螺旋角对强化传热的影响最大,三角形翅片的强化传热效果最好。江嘉铭等 8对正弦型波纹管进行数值模拟研究,发现流体在换热管径向方向上产生了二次流,并且正弦周期越小、波峰越大的波纹管,传热性能越强,流动阻力越小。张凯等 9基于仿生学原理对带有凸起的球形丁胞仿生结构的换热管进行模拟研究,结果表明,低雷诺数下该结构的流动阻力更小,传热性能提升明显。本文提出了一种新型无源强化传热管 圆柱凸包管,采用 ANSYS Fluent 软件对圆柱凸包管管内的流动与传热特性进行数值模拟研究,为该新型圆柱凸包
8、管在低温省煤器强化传热方面的工程应用提供参考。1 物理模型图 1 为新型圆柱凸包管的物理模型。圆柱凸包管的材料为铝,其有效传热长度为600mm,管内径为 40 mm,外径为 44 mm。内表面凸包为圆柱状,圆柱的平均直径为 5 mm,高度为h,且圆柱凸包在圆周方向上错列布置,沿轴向方向的间距为l。对不同参数组合的圆柱凸包管的流动与传热特性进行数值模拟。所模拟的各结构参数取值如下:圆柱高度h为 0.35 mm、0.40 mm、0.45 mm、0.50 mm和 0.60 mm;圆柱间距l为 16 mm、20 mm、24 mm、28 mm、32 mm 和 36 mm。2 数学模型假设管内换热流体为常
9、物性、不可压缩图1 圆柱凸包管几何结构模型流体,流体的运动状态为湍流,并忽略重力的影响。流体的基本控制方程 10如下:连续性方程uxx+uyy+uzz(1)动量方程d uxd t=px xx+py xy+pz xz+Fb x(2)d uyd t=px yx+py yy+pz yz+Fb y(3)d uzd t=px zx+py zy+pz zz+Fb z(4)能量方程tE +xiuiE+p =xike f fTxi-hj tJj t+uji j e f f +Sh(5)式中:u流速,m/s;密度,kg/m3;33区域供热 2023.4 期t时间,s;p压力,Pa;F质量力,N/kg;E总能,m
10、2/s;J扩散流量;h焓,J/kg;T流体温度,K;ke f f有效热导率,W/(mK);Sh热源项,W。采用 SST k-两方程模型 11:k方程tk +xik ui =xikkxi +Gk-Yk+Sk(6)方程t +xi ui =xixi +G-Y+S+D(7)式中:k湍流动能;耗散率;有效扩散率;G生成项;Y扩散项;S用户自定义项;D交叉扩散项。3 数值计算3.1 边界条件使用 SolidWorks 软件对圆柱凸包管的物理模型进行建模。使用 Fluent Meshing 软件对计算域进行网格划分,在近壁面处采用近壁面模型进行处理,在管壁内表面对计算网格进行加密,以确保模拟结果的准确性。使
11、用 Fluent 2021R1 软件对管内流动与传热特性进行数值模拟。对流速u=1.0 m/s(R e=40 000),高度h=0.5 mm,间距l=20 mm 的圆柱凸包管进行网格独立性验证。圆柱凸包管的网格划分如图 2 所示。当网格数量从130 万增加至 180 万和 260 万时,努塞尔数N u和摩擦阻力系数f变化幅度很小。并且,当网格数大于 180 万时,其数值模拟结果几乎不变,该网格数量和网格密度符合计算要求。图2 圆柱凸包管的网格划分模拟的雷诺数R e=10 00060 000,管内传热流体处于湍流的充分发展阶段。管内传热流体为水,计算域壁面为等壁温,温度为360 K。入口为速度入
12、口,温度为 300 K,出口为压力出口。在数值求解的过程中,采用SST k-两方程模型,近壁面处采用近壁面模型进行处理,压力速度耦合采用 SIMPLEC算法,压力项选取 Standard 格式,其他各项均选择二阶迎风格式,亚松弛因子和残差采用默认设置。3.2 结果处理传热管的努塞尔数N u和摩擦阻力系数f分别为:N u=h de(8)f=P deLu2(9)式中:h管内对流传热系数,W/(m2K);de水力直径,m;导热系数,W/(mK);P压降,Pa;43区域供热 2023.4 期密度,kg/m3;u流速,m/s。L是什么采用 Webb 12所提出的综合传热性能PEC 对传热管的强化传热效果
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 圆柱 包管 流动 传热 特性 数值 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。