基于响应面法和灰色关联法的新型螺纹管传热性能优化研究

林纬; 詹宏阳; 汪威; 朱家豪; 张鼎; 龚程; 郑小涛; 徐建民; 喻九阳

doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202401022

武汉工程大学学报 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (1) : 85 -92. DOI: 10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202401022

基于响应面法和灰色关联法的新型螺纹管传热性能优化研究

林纬, 詹宏阳, 汪威, 朱家豪, 张鼎, 龚程, 郑小涛, 徐建民, 喻九阳

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摘要

采用响应面法中的Box-Behnken法对新型螺纹管传热性能的优化进行实验设计，以努塞特数（Nu）和摩擦因数（f）为评价指标，研究螺距（P）、肋高（H）、螺纹段与光管段的长度比（L）对传热性能的影响，同时通过分析响应面图研究各参数对Nu和f的交互影响。计算各实验组数的灰色关联等级，使用灰色关联法对新型螺纹管进行多目标优化，并通过分析不同换热管的湍流动能（TKE）分布，得到新型螺纹管增强传热性能的机理。研究表明：通过响应面分析可知L是影响Nu与f最显著的参数；通过灰色关联法分析得到的最优结构参数P=5.5 mm、H=1.00 mm、L=2，这种结构参数下的新型螺纹管Nu值为100.741,f值为0.024 641；通过对比不同换热管的TKE分布发现，新型螺纹管的独特设计即两个旋转方向相反的相邻螺纹段会导致管内的流体流动方向频繁变化，从而加剧径向扰动，更频繁地产生二次流，导致TKE增加，增强其传热性能。通过优化研究，确定了新型螺纹管最优的结构参数，并深入揭示其传热性能增强的机制，为进一步优化和设计新型螺纹管提供了指导和依据。