微凸结构对X形通道流动换热特性的影响

摘要

换热管作为一种能量传输装置能提升热交换减少热损失，其中多管交叉连通的换热管在工业应用中较为常见。为了提升X形换热管的综合换热性能，采用二维仿真模型，利用Fluent软件进行数值仿真，通过在直换热管道中内置等腰梯形、矩形、前直角梯形、后直角梯形以及三角形5种微凸结构研究其换热增强特性，研究发现，后直角梯形微凸结构在高径比P为0.1时，管道强化换热能力最强，直管综合换热性能评价标准最高达到1.24。在此基础上以恒定壁温353 K、入口流速为0.3～0.7 m/s的工况，研究了后直角梯形微凸结构在高径比P为0.1时，微凸间距对X形通道的换热性能影响，为预测管道夹角对换热性能的影响，对5种可能形成的夹角角度也进行了研究。研究结果表明：X形通道的换热能力与入口流速不呈正相关，在入口流速为0.5 m/s时达到最大；X形通道的换热增强能力与微凸结构布置形式有关，当微凸结构面积占计算域二维通道面积比例约为1/22时，有较强换热能力；管道夹角与入口流速综合影响其换热能力，小管道夹角在低流速状态下换热能力增强效果明显，大管道夹角在高流速状态下略有增强。当换热管夹角为115°,入口流速为0.5 m/s,间距d₁为6 mm,间距d₂为2 mm时，将产生明显的增强换热效果，综合换热性能评价标准最大达到1.84。研究结果可为多入口多出口换热管如何提升换热能力提供一定参考。

关键词

强化换热 / X形换热管 / 微凸结构 / 微凸结构间距 / 数值模拟