水平管外沸腾强化换热的数值模拟与场协同分析VIP免费

第8卷第1期2008年2月制冷与空调REFRIGERAT10NANDAIR—CONDITIONING19—23水平管外沸腾强化换热的数值模拟与场协同分析熊少武罗小平黄岗(华南理工大学)摘要应用FLUENT软件对制冷剂R134a在光管和横纹槽管水平管外沸腾传热进行三维数值模拟，得到其饱和泡状沸腾过程中体积含气率的分布规律，并比较它们的换热系数。结果表明横纹槽管外侧能够很好地强化沸腾传热。此外，还通过改变边界条件分析质量流量、热流密度的变化对横纹槽管管外沸腾换热系数的影响。最后应用场协同理论，从局部换热角度分析其强化机制。研究表明，横纹槽管水平管外沸腾换热得到强化的原因是其凹槽前后的速度场与温度梯度场之间夹角较小，协同程度更好。关键词横纹槽管沸腾换热数值模拟场协同FieldsynergyanalysisandnumericalsimulationoftheenhancedboilingheattransferoutsidethehorizontalpipeXiongShaowuLuoXiaopingHuangGang(SouthChinaUniversityofTechnology)ABSTRACTSimulatesboilingheattransferofR134awhichflowedoutsidehorizontallighttubeandtransversely—ridgedtubenumericallywithFLUENTsoftware．Getstheresultofregu—laritiesofvolumetricsteamqualitydistributionduringsaturationprocessofboiling，comparisontheheattransfercoefficientoftransversely—ridgedtubewiththatoflighttube，theresultshowsthatoutsideoftransversely—ridgedtubecanintensifyboilingheattransfer．Alsoanalyzesdiffer—entmassflowandheatfluxdensityimpactheattransfercoefficientbychangingitsboundarycondition．Finally，frompartialheattransfer，analyzesthestrengtheningmechanismbyfieldsynergytheory．Provesthatthecauseofstrengtheningheattransferistheanglebetweenveloc—ityfieldandtemperaturegradientfieldmoresmallatsurroundingflute，synergydegreeispreferable．KEYWORDStransversely—ridgedtube；boilheattransfer；numericalsimulation；fieldsyner—gYprinciple强化沸腾换热的目的与强化其他型式的换热一样，是为了进一步提高换热设备的效率，减少能量传递过程的不可逆损失，更合理有效地应用能量；减少换热面积，降低金属消耗量；尽可能地降低换热软件的壁面温度，保证换热设备的安全运行。而某些工质的沸腾换热系数相当低，如在制冷、化工及低焓能源应用等工业与技术部门广泛应用的低沸点工质，当压力为1bar左右时，其沸腾换热系数仅为500～2000w／(m·℃)，不仅远远低于水的沸腾换热系数，而且低于换热器另侧传热介质的换热系数。因此强化这些工质的换热就成为改善这些换热设备的关键问题。*国家自然基金项目(20006004，20676039)；广东省自然科学基金项目(000412)。收稿日期：2007—05—14通讯作者：熊少武，Email：xiongshaowu257@163coin维普资讯http://www.cqvip.com制冷与空调第8卷横纹槽管【1J因其在传热性能上明显优于光管，且具有结构紧凑和加工制作方便等优点，在动力、能源、化工、核反应堆等场合中的蒸汽发生器和换热设备中得到了广泛应用。R134a是目前国际公认的和被广泛推荐作为CFC一12替代物的物质。R134a的ODP为零，GWP值为0．26，不易燃，无毒，无腐蚀作用，是最具实用性的替代制冷剂，并且己经投入商业应用。由此可见，研究R134a在横纹槽管管外沸腾传热对新制冷系统的设计开发和可靠运行具有重要的理论意义和工程应用价值。水平流动沸腾换热的流型变化过程与垂直受热流动流型大致相同，由于受重力作用，导致气相分布不对称。在环状流区，顶部会出现逐渐扩大的干涸区，这将影响其换热性能。若沸腾发生在水平管道外，出现干涸区的机率将降低，有利于沸腾换热系数的提高。因此，笔者应用FLUENT软件对R134a在横纹槽管水平管外沸腾传热进行数值模‘拟，并从场协同原理的角度分析其强化换热机制。1模拟计算过程1．1模型结构图1为横纹槽管管外沸腾模拟结构。横纹槽管强化换热在两侧都可进行，当R134a在水平管内沸腾时，由于重力作用，其上部容易出现逐渐扩大的干涸区，这将降低换热效率。因此笔者选择对横纹槽外侧进行沸腾模拟，也就是管外换热。模拟的模型是一个环行区...