計算中取Re的范圍為800~2000.選用三角形小翼作為縱向渦發(fā)生器。因為三角形小翼的沖角對換熱的影響較其他幾何因素都大,所以無論傳熱管是叉排還是順排布置,都選擇了沖角為30°和45°兩種情況分別進(jìn)行計算。計算平均Nu(Num)中的平均換熱系數(shù)時,用到固體壁面(包括管壁、翅片和小翼)和空氣進(jìn)、出換熱器的平均溫度,Num中的定性尺寸仍然是翅片凈間距的2倍。協(xié)同角定義為速圓管及三角形小翼附近的網(wǎng)格分布度和溫度梯度之間的夾角。
縱向渦對于3排順排換熱器管Ο翅表面的換熱、場協(xié)同性和壓降的影響不同沖角的三角形小翼對順排管翅表面的不同沖角的三角形小翼在單位泵功變化下強(qiáng)化換熱效果比較(傳熱管叉排)Num的影響。相對于不帶縱向渦發(fā)生器的平翅片表面而言,在所計算的Re范圍內(nèi),沖角為30°的三角形小翼可提高Num約16~20,沖角為45°的三角形小翼可提高Num約20~25.從強(qiáng)化后的Num來看,在相同的幾何參數(shù)下,三角形小翼用于順排翅片管換熱器后,換熱甚至超過了三角形小翼用于叉排換熱器的情況。上述3種情況下全場的平均協(xié)同角也示于中。在每一種Re下,沖角為45°的三角形小翼的通道的協(xié)同角最小,不帶縱向渦發(fā)生器的通道的協(xié)同角最大,沖角為30°的三角形小翼的通道的協(xié)同角介于二者之間。與Num的變化相對比,剛好也符合協(xié)同角減小時Num增大,協(xié)同角增大時Num減小的場協(xié)同原理。這也又一次充分證明縱向渦發(fā)生器用于翅片管換熱器后,實質(zhì)上仍是通過改善速度場和溫度場的協(xié)同性來強(qiáng)化換熱的。
(1)縱向渦強(qiáng)化管翅表面換熱的內(nèi)在機(jī)理可以歸結(jié)于改善速度場和溫度場之間的協(xié)同性,即減小速度和溫度梯度之間的夾角。
(2)與沒有縱向渦發(fā)生器、相同尺寸的管翅表面相比,三角形小翼可以提高管翅表面的Num,單從換熱方面考慮,沖角為45°的三角形小翼的強(qiáng)化換熱效果好于沖角為30°的三角形小翼的強(qiáng)化換熱效果,三角形小翼在順排管翅片表面中的強(qiáng)化換熱效果超過在叉排管翅表面中的強(qiáng)化換熱效果。
不管對于叉排還是順排管翅表面,與沒有縱向渦發(fā)生器、相同尺寸的管翅表面相比,沖角為30°的三角形小翼使空氣流過管翅表面的壓降減小,而沖角為45°的三角形小翼使空氣流過管翅表面的壓降提高。無論是叉排還是順排,沖角為30°的三角形小翼比沖角為45°的三角形小翼在消耗單位泵功條件下帶來的強(qiáng)化換熱效果更大。
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