为了利用各种余热,太阳能,地热能,海洋能等低品位能源,也需要研究适用于小温差情况下的强化传热措施。目前,各类管壳式换热器所占比例较大,而且换热效率相对较低,所以国内外特别重视对其管内的强化换热研究。扭带对强化层流区高粘度流体换热比较有效,而泵功率相对增加较小。这可能是由于扭带在强化紊流区换热时,所产生压降较大,因此总的换热效果较差。
强化高粘度流体从螺旋线圈的研究来看,大多是用于强化油等高粘度流体的换热。绕花丝多孔体对强化管内水、空气以及蒸汽凝结换热都很有效,可大幅度降低临界Re,提前诱发湍流的发生,对低Re数下的流动具有非常好的强化效果。绕花丝内插物的换热及阻力特性与许多因素有关,这方面的关联式还有待进一步发展,以适应不同介质,不同工况,以及不同绕花丝结构参数下的换热情况。其中空隙率是影响换热的主要参数,当空隙率大于95%,最好为98%左右时,其综合换热性能最好。
综合分析了扭带和螺旋线圈在层流区和紊流区的强化换热情况。用总强化比(Nu/Nu0)/(f/f0)1/3来进行比较。结果表明,紊流区强化比明显小于层流区的值,但不管在层流区还是紊流区,当螺旋角和直径比(螺旋丝径/管径)相同时,螺旋线圈内插物综合强化性能大多好于扭带。原因是扭带内插物扰动整个流动场,而螺旋线圈主要干扰管壁附近的流动,因此所产生压降远低于扭带内插物产生的压降。对绕花丝内插物强化管内凝结换热的研究表明,凝结准则数和换热量强化比可高达3~4倍,而最大阻力损失只为光管的2.2倍,可使换热量在低温差下出现“陡然”上升现象,提前进入湍流状态。
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