纳米流体在内置正反扭带的圆管强化换热研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bp0604
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在工业生产中,强化换热技术已经普及,但提高换热效率一直是强化换热技术的热门研究课题。本文提出将纳米流体和正反螺旋扭带结合使用来增强换热效率,并使用ANSYS软件包中的FLUENT软件对纳米流体在内置正反螺旋扭带的圆管中流动和传热进行数值模拟,计算的范围是层流状态(雷诺数Re=400~1800),研究正反螺旋扭带结构和纳米流体性质对复合强化换热的影响。首先,本文对圆管+水、圆管+纳米流体、内置传统扭带的圆管+水、内置传统扭带的圆管+纳米流体、内置180°无缺口正反扭带的圆管+水以及内置180°无缺口正反扭带的圆管+纳米流体这6个组合进行数值研究。对不同组合进行对比发现:以纳米流体为工质,内置180°无缺口正反螺旋扭带的圆管具有最高的Nu数以及PEC值,传热效果和综合性能最好。其次,本文研究了以1.2%体积浓度的Cu O水基纳米流体为工质,内置不同缺口、不同扭率、不同扭转角度的无缺口正反螺旋扭带的圆管换热器的传热特性、阻力特性以及综合性能。研究发现:在同一工况下,正反螺旋扭带的扭率减小,换热器的努塞尔数Nu值增大,但摩擦阻力f值也会增大综合性能指标PEC值增大,综合性能改善,其中插入扭率为3的正反螺旋扭带时,综合换热性能最好;正反螺旋扭带的缺口面积增大,虽然摩擦阻力f值降低,但努塞尔数Nu值减小,综合性能指标PEC值下降,综合性能变差,其中无缺口正反螺旋扭带换热效果最佳;扭转角度减小,换热器的努塞尔数增大,换热效果增强,但摩擦阻力增大,流体克服摩擦阻力流动需要消耗更多的能量,综合性能指标PEC值增大,综合性能得以改善,其中90°正反螺旋扭带的强化效果最好。最后,本文研究了以不同体积浓度、粒子种类的水基纳米流体为工质,内置扭率为3的90°无缺口正反螺旋扭带的圆管换热器的传热特性、阻力特性以及综合性能。研究发现,在同一工况下,粒子体积浓度增大,换热器的努塞尔数Nu值增大,摩擦系数f值增大,综合性能指标PEC增大;纳米粒子种类改变,换热器努塞尔数、摩擦系数和综合性能指标PEC随之改变,其中Cu O水基纳米流体具有最好的换热效果和综合性能。在本文研究的各种组合中,以体积浓度为1.2%的Cu O水基纳米流体为工质,内置扭率为3的90°无缺口正反螺旋扭带的换热器模型的努赛尔数Nu可以达到光管的4.51~7.22,摩擦系数f达到光管的7.59~14.49,综合性能指标PEC达到2.29~2.58,具有最佳的综合换热性能。
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