1、研 究 生 课 程 论 文(2012-2013 学年第二学期)螺纹换热管数值模拟与分析摘要：利用数值模拟方法，考察单个螺纹换热管不同结构形式时流道内的换热特点，计算得到压力、速度、湍动能、湍流强度、温度等分布云图并做分析。流体流过螺纹管时受到螺纹槽的影响，使流动受到扰动，在提高热交换的同时也会产生较大的能量损失，计算比较模型的能量损失。关键词：螺纹换热管；数值模拟；换热 特点；能量损失换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热量的交换。除光滑管外，换热器还可采用各种各样的强化传热管，如翅片管、螺纹管、螺旋槽管等。当管内直径两侧给热系数相差较大时，翅片管的翅片应布置在给热系数低的一
2、侧。常用材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜、铜镍合金、铝合金、钛等。此外还有一些非金属材料，如石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等。设计时应该根据工作压力、温度和介质腐蚀性等选用合适的材料。采用小管径时，可使单位体积的传热面积增大、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高。但小管径流体阻力大，不便清洗，易结构堵塞。一般大直径管子用于粘性大或污浊的流体，小直径管子用于较清洁的流体。螺纹管又称低肋管，主要是靠管外肋化扩大传热面积，一般用于管内给热系数比管外给热系数大 1 倍以上的场合。对于管外冷凝及沸腾，由于表面张力作用，也有较好的强化作用，如下图 1 所示。图 1 螺纹换热管由于进行实验研究具有周期长，耗时费力
3、的缺点，而数值模拟方法具有方便、灵活，研究和开发周期相对较短，费用较低、限制减少等优点。因此本文利用数值模拟方法，考察单个螺纹换热管不同结构形式时流道内的换热特点。流体流过螺旋槽纹管时受到螺旋槽的影响，使流动受到扰动，在贴近壁面处产生较强的涡流，因而在提高热交换的同时也会产生较大的能量损失。1 理论基础数值模拟方法遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒这三个基本规律，其理论基础可以用以下方程式表示。连续性方程：动量方程：能量方程：对于这类的流动损失，可将其看作一个较长的管道，则由达西公式得到沿程阻力系数表达式为=22式中 p 为螺纹管两端的压差， 为流体的密度。对于水力光滑管来说。在 5000150
4、00 后，随着 Re数的增大，二者之间的比值呈下降趋势，并接近一个固定值 3。螺纹管和光滑管的损失系数的变化趋势都比较平缓，且前者要比后者大很多。（4） 在 Re=5000 左右时，二者的比值约为 4，这与实验值很接引。参考文献1黄松汉编著.板翅式换热器M.北京.化学工业出版社，1984.2陶文铨.数值传热学 第 2 版M.西安；西安交通大学出版社，2001.3李海凤.板翅式换热器倾斜波纹翅片传热与流动特性研究D,山东；山东大学，2006.4韩占中编著.流体工程仿真计算实例与分析M.北京；北京理工大学出版社，2009.5张也影.流体力学M. 北京；高等教育出版社，1999.6侯晖昌.减阻力学M. 北京；科学出版社，1987.7Gambit 2.2 Users Guide.Fluent Inc.8Fluent 6.2 Users Guide.Fluent Inc.
