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带角度扰流孔的流动与传热性能

文章出处:江苏凤谷节能科技有限公司www.fg-furnace.com责任编辑:江苏凤谷节能科技有限公司www.fg-furnace.com人气:-发表时间:2017-01-12 10:05【

利用开扰流孔后的努赛尔数与未开扰流孔前的努赛尔数的比值(Nu/Nua)来表现开扰流孔之后的强化传热效果的程度,利用开扰流孔后的阻力系数与未开扰流孔前的阻力系数比值(f/fo)来表现添加扰流孔之后阻力的上升程度,得到的结果分别如图2.5 , 2.6所示。  

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从图2.5可以发现,存在三种曲线的趋近形势不同的现象,这主要是由于三种不同角度下的扰流孔在低雷诺数下的影响会随着雷诺数的增大变化造成的。在低雷诺数时,45°时带来的扰流大,而随着雷诺数的增大45°带来的影响会逐渐被流体自身流速的增加弱化,最终趋向于一致。而15°, 30°时,在低雷诺数时对传热的影响不大,随着雷诺数的增大,引起的扰动进一步加强,因此数据图呈现先上升后趋向一致。

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图2.5、图2.6分别为Nu数比值和f因子比值随Re数变化的实验结果。下标“o”表示没有添加扰流孔的DU-K波纹板蓄热元件。与未添加扰流孔的DU-K波纹板蓄热元件相比,三种排列角度(15°, 30°, 45°)下的带扰流孔的蓄热元件的平均Nu数分别提高了17.1%, 24.8%,34.9%;而三种情况下的阻力系数f因子则分别提高了24.7%, 33.1%, 38.4%。这说明与其他强化传热手段相比扰流孔带来的阻力升高幅度较小,而强化传热效果明显。扰流孔可以破坏流动边界层,从而可以起到强化传热的效果。三种排列角度(15°, 30°, 45°)下的强化传热效果不一致,是由不同的开孔方式带来的边界层破坏程度不同引起的。扰流孔的存在导致流体在流道中会相互碰撞混合,引起阻力升高。三种排列角度(15°, 30°, 45°)下,15”时对边界层影响小,因此带来的强化传热效果和阻力升高也相对较小。450时边界层破坏程度最高,强化传热效果也是三者中最好的,对应的阻力升高也最大。

扰流孔强化波纹板蓄热元件的传热性能的同时也带来了阻力的提高。为了从综合角度说明三种扰流孔排列方式的性能差异,可使用PEC指标与等效泵功等方法进行比较,文中采取了等效泵功的方法。

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从图8中可以得到,在相同的等效泵功下,扰流孔排列角度为45°时,具有最大的,Nu/Nuo值;扰流孔排列角度为30°次之,15°最小。与排列角度为30°和15°相比,450时比前两者的Nu/Nuo。分别高了53.3%, 67.8%,这表明扰流孔排列角度为45°时,扰流孔的孔隙率仅需1.43%时即可得到良好的强化波纹板蓄热元件传热效果。

采用瞬态实验方法研究了三种排列角度(15°, 30°, 45°)的扰流孔强化波纹板蓄热元件的传热特性。并从等效泵功的角度对带有扰流孔的波纹板蓄热元件进行了分析与研究。对试验段内传热进行分析,实验结果表明本文的瞬态试验方法数学模型对传热计算可靠性好。与未添加扰流孔的波纹板蓄热元件相比,三种排列角度(15°, 30°, 45°)下的带扰流孔的蓄热元件的平均Nu数分别提高了17.1%, 24.8%, 34.9%;而三种情况下的阻力系数f因子则分别提高了24.7%, 33.1%, 38.4%。这说明扰流孔带来的强化传热效果明显,与其他强化传热手段相比阻力升高幅度相对较小。利用等效泵功下的NulNuo值比较发现,与排列角度为300和150相比,45”时比前两者的NulNu。分别高了53.3%, 67.8%,这表明扰流孔排列角度为450时,波纹板蓄热元件具有最佳性能。