相间内插两种转子换热管的换热及阻力特性

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无论在化工、动力、核能、制冷领域，还是在石油乃至国防工业等领域，强化传热技术均被广泛地应用。文献 取寸换热器壳程传热陛能进行了相关的实验研究。管内插入物作为无源强化技术的-种，具有不改变传热面形状，制作工艺简单，不需要更换原有换热器，适用于现有设备改造等特点，得到了比较广泛的研究 。扭带作为- 种具有在线自动清洗污垢和强化传热双重功能的内插物强化传热元件-直受到研究者的青睐和好评。文献研 究发现，旋向交替的纽带综合陛能优于正常纽带。文献喂 出了在管内插入双根纽带。在Re3700--21000的范围内，内置旋向相反的两根纽带的圆管，其换热效率比单根纽带管高(17.8-50)%。文献暇寸带翅螺旋纽带做过实验研究，发现三角形、矩形以及梯形翅均可提高管内强化换热效果。

文献 螺旋纽带边缘做周期性切口处理，并在圆管内进行实验研究，结果证明纽带边缘的周期性切口可提高管内流体的湍动强度，从而导致强化换热效果的提高以及阻力系数的增大。但是，-直以来纽带都存在-个问题，就是无法适应换热管的大挠度变化。因此，洁能芯转子有效地解决了以上问题，它不受换热管的限制。文献 实验研究了内置洁能芯转子圆管的强化传热效果，结果证明在Re20000-36000范围内，与光管相比，Nu增n(58.167.4 ，阻力增加(52.284.2 。文献Ⅱ咐 内置不同导程洁能芯转子换热管进行了强化传热实验研究，发现减小导程可增强换热效果并提高阻力系数。

到目前为止，对于洁能芯”的研究始终局限在单-转子串接，这限制了进-步提升强化传热效果，实验主要目的在于探讨相问内插两种转子对于换热及阻力系数的影响。

2实验方法2.1洁能芯单元组合式强化传热装置洁能芯”作为-种新型的内插件形式，它属于管内扰流无源强化传热技术，具有自动清除污垢和强化传热双重功能。其工作原理图，如图1所示∴能芯”转子由管路两端的固定元件挂件支撑，在管内介质的推动下绕支撑轴旋转达到强化传热和自清洁的效果。

2.2实验装置与实验方法采用的实验装置，如图 2所示。由-个冷却介质回路、-个热介质回路、实验部分和计算机数据采集控制系统组成。其中实验部分由套管组成，壳程内径为 50mm，管程内径为 24mm，管程外径为25rnm∏程外表面上包裹了隔热层以减小与环境的热量来稿日期：2012-04-27基金项目：北京市自然科学基金资助项目(3102023)；国家科技支撑计划项目课题资助(2011BAAO4B02)作者简介：姜 鹏，(1987-)，男，山东烟台，在读硕士，主要研究方向：强化传热技术研究；杨卫民，(1972-)，男，湖南，教授，博士生导师，主要研究方向：洁能芯”开发研究No.2Feb.2013 机 械 设计 与 制造 171后会对换热效果产生影响，换热效果与两种转子数目比y有关，这是因为两种转子相间排列后破坏了单-转子所造成的有规律的三维螺旋流动，增加了管内流体扰动，不同 y值决定了流场的破坏周期，造成强化传热效果有所差异，Y2时，效果最为显著。

图7努赛尔数随雷诺数的变化曲线Fig.7 Variations of Nu with Re3.3阻力特性实验结果分析阻力系数随雷诺数的变化曲线，如图8所示。从图8可以看出，在实验 e范围内，方案 Y2的阻力系数最高，是低流阻转子的 1.05倍左右。YO.5、1和2时，阻力系数均比低流阻转子高。

(i)由于两种转子叶片数 目不同，转子相间排列后对三维流场产三周期性破坏，使流体扰动增强；(2)由于两种转子叶片结构不同，造成在同流速下，两种转子转速有差异，流体随流经不同转子时，流翅产生周期性变化。综合以上因素，转子相间排列后阻力会有所增加。

图 8阻力系数随雷诺数的变化曲线Fig.8 Variations of f with Re3.4综合性能评价为了能更合理地评价不同实验方案的综合效果，采用 PEC对综合性能进行评价，即：PEC(Nu/NuO)/fo)1/3 (3)不同实验方案下换热管的 PEC与 的关系，如图 9所示。

由图9可以看出，随着 尺e的增加，PEC值均有下降趋势，同Re下 ，Y2时，PEC值比低流阻转子提高(2～6)%，所有方案的 PEC值均大于 1，说明两种转子相间排列后仍具有强化换热效果，Y2时，综合效果最好，在迫切需求强化换热的诚，可采用方案y2，此外，由于低流阻转子叶片为不连续结构，单位长度下，较螺旋开槽转子耗材少 ，因此，两种转子相间穿装后较单-螺旋开槽转子可有效地节省材料。

图9 PEC随雷诺数的变化曲线Fig.9 Variations of PEC with Re4结论(1)螺旋开槽转子与低流阻转子相问排列后明显对换热效果产生影响，换热效果与两种转子数目比y有关。在实验 e范围内，y2时，Ⅳ比低流阻转子高(4-9)%，较螺旋开槽转子提高4%左右。(2)两种转子相问穿装后，YO.5、1和 2时，阻力系数均比低流阻转子高。在实验 Re范围内，方案 Y2的阻力系数厂最高，是低流阻转子的 1.05倍左右。(3)两种转子混合后 PEC值均大于 1，Y2时，综合效果最好，PEC比低流阻转子提高(2-6)%，在迫切需求强化换热的诚，可采用方案 Y2。