非牛顿流螺旋换热器的数值研究与优化设计

工程科学与技术，国际期刊22（2019）1107完整文章螺旋肋Seyed Shahab Mozafarie，Kourosh Javaherdeh桂林大学机械工程系Box 3756，拉什特，伊朗阿提奇莱因福奥文章历史记录：2018年12月24日收到2019年1月20日修订2019年3月4日接受在线预订2019年保留字：非牛顿流螺旋翅片双管传热系数压降A B S T R A C T本文对非牛顿流体在内管螺旋肋片套管换热器中的流动和传热特性进行了数值研究。非牛顿幂律流体在环空侧以层流稳态流动.建立了三维CFD计算模型，确定了恒温管壁环隙内对不同的Graetz数（23× 103≤Gz≤ 55×103）和翅片间距（25 mm≤p≤ 100 mm）进行了数值分析以光滑套管换热器为例，对模型进行了验证，模型与经验关联式吻合较好。螺旋肋片的使用，建立了旋转流与涡核，同时加强了传热和压降。此外，热性能的提高，通过增加翅片间距。通过数据处理，得到了有价值的、实用的Nu和f的关联式，可用于套管式换热器的工业设计©2019 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍双管换热器（DPHE）是由两个同心管组成，常用于石油化工、营养、石油工业和热泵[1]。DPHE的优点是它用于高压情况和宽范围的流体温度。此外，它可以用于苛刻的污垢状态，因为它可以很容易地清除，并获得良好的平行或逆流序列。目前，暖通空调行业的工程师认为，DPHE是一种可行的节能装置。DPHE通常用作空调系统中的冷凝器或蒸发器[2]。设计和维护成本低也导致小型工业使用这种换热器。虽然大多数研究人员对研究牛顿流体感兴趣[3]，但最近对非牛顿流体的研究更受欢迎，因为这些流体在化学和食品工业、挖掘和获取化石燃料的过程、工厂废物和热交换器的传输中起着关键作用[4]。非牛顿流体通常由于高表观粘度而具有低传热，因此这推断了在工业装置设计中研究这些流体的热行为和流动动力学以增加传热的重要性本文综述了国内外对双管热管换热器的一些研究*通讯作者。电子邮件地址：Javaherdeh@guilan.ac.ir（K.Javaherdeh）。由Karabuk大学负责进行同行审查。介绍了套管式换热器的结构和性能，并表明为提高套管式换热器的热性能已做了许多努力。关于DPHE的主要研究之一由Mozely完成[5]。采用数值模拟和实验相结合的方法对DPHE的动态特性进行了预测Ma等人[6]对双管换热器中SCO2用遗传算法对实验数据进行Syed等人[7]对一种具有三角形和矩形横截面的变厚度翅片的套管式换热器进行了数值研究。相对于矩形鳍，Nu的增益高达178%。Tsali和Kahalerras[8，9]数值研究了具有多孔翅片和脉动流以增加传热的双管换热器。Mohanty等人对带扭带套管换热器进行了数值[10]. 得出的结论是，传热速率的增加导致压降的增加，这被认为是摩 擦系 数 。 H. Arya 等 人。 [11] 实 验研 究 了双 管 热交 换 器中 的MgO27%的传热增强观察到的wt.%= 0.3，与基础液相比在环形热交换器中进一步研究了纳米流体[12，13]。Akpinar[14]实验研究了内管中具有螺旋线的DPHE。与空管相比，观察到Nu的增强高达2.64倍，f通过火用分析，发现无因次火用增加了1.16倍https://doi.org/10.1016/j.jestch.2019.03.0012215-0986/©2019 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch1108S.S. 莫扎法里， K. Javaherdeh /工程 科学 和技术， 一个 国际 杂志 22 （2019）1107-1115命名法AcrossCpDPHEDi;DoDhEFG广州汉伦HHVACKKLm_nNumNTUpPepmPRqi流动截面积，m2比热，J kg-1 K-1套管换热器内外管直径，m水力直径，m每质量单位总能量，J kg-1范宁摩擦系数，重力加速度，m s-2格雷茨数平均传热系数基于DTln，W m-2-K-1单位质量焓，J kg-1采暖、通风、空调一致性指数，kg sn-2 m-1导热系数，Wm-1 K-1管长，m质量流速，kg/s行为指数平均努塞尔数传递单元节距数，mPeclet数湿周，m普朗特数指数参数方程（21）径向坐标RRegSfSwTTb1;Tb 2ToUVWx，y，管道半径，m翅片表面的广义雷诺数面积，m 2管表面面积，m2温度，K流体进出口本体温度，K管壁温度，K平均速度，ms-1速度，ms-1翅片宽度，m坐标希腊符号c_DDPDTlngg0香港六合彩资料大剪切速率，s-1翅片厚度，m压降，Pa对数平均温差，K热性能表观粘度角坐标比例系数方程（21）动力粘度，kg/（ms）Pi密度，kg/m3剪切应力，Pa损失Ahmad等人[15]数值研究了具有指数翅片的DPHE中的共轭传热结果表明，随着导热系数比的增加，Nu指数型翅片比三角形翅片的性能提高了0.02%较大的半径比，大量的高而薄的翅片使得DPHE的性能最好。本文对一种装有间断式螺旋翅片[16]、波纹翅片[17]、百叶窗翅片[18]和穿孔翅片[19]的双管换热器进行了实验研究。研究了偏心距[20Rennie和Raghavan[25]数值研究了套管螺旋换热器中非牛顿流的热相关粘度。结果发现，热依赖粘度有很小的影响，对牛顿流体的Nu数关联和显着的影响的压降。 Swamee等人[26]进行了双管换热器的优化设计。该解给出了最佳的内管直径和外管直径。在过去的几十年中，已经提出了许多工程技术来增强热传递[27在这些技术中，配有螺旋翅片的双管由于赋予流动螺旋路径而可以是非常有效的。Maakoul等人[30]数值研究了环隙侧带螺旋折流板的套管式换热器的热工水力性能。结果表明，折流板间距和Re数对传热性能和高压降有明显的影响Gorman等人研究了螺旋扭曲DPHE的热和流体流动特性。[31]。与光滑双管相比，观察到3倍的传热增强，相应的压降增加2-4倍。Heyhat[32]通过实验研究了气泡喷射对双管换热器热性能的影响结果表明，气泡的使用使总传热系数增加了10.3%，百分之一百四十九点五Iqbal等人[33]研究了带抛物线翅片的带翅片环空的最佳配置。结果表明，没有一个单一的翅片形状（抛物线，梯形，三角形）是最好的，在所有情况下，所有的标准。Tengli等人[34]对环形间隙中插入多孔结构的双管热交换器的流动和传热特性进行了数值研究。得出的结论是，当多孔结构以交错的方式连接在两个圆柱体上时，获得最高的传热，特别是在小间距和高厚度时。Du等[35]对泡沫金属填充套管换热器的耦合传热进行了数值研究，重点讨论了关键参数对换热器传热性能Omidi等人[36]对双管换热器进行了全面综述。本文对非牛顿幂律流体在螺旋翅片套管换热器环空侧的流动进行了数值模拟。1.一、螺旋叶片是管壳式换热器中常用螺旋肋片套管换热器的热工水力性能的研究，尤其是对非牛顿流体的研究，在文献中还相当缺乏。Fig. 1. 内管螺旋翅片套管式换热器。S.S. 莫扎法里， K. Javaherdeh /工程 科学 和技术， 一个 国际 杂志 22 （2019）11071109@xvΣðÞ@t不.联系我们.- 是的Σ@y@x@y@z@x@y@z对包括环形区域和螺旋翅片的套管式换热器部件进行了不同工况和不同翅片间距的数值模拟。首先，对光滑套管换热器进行了建模，并将数值解与经验解进行了对比验证。在数值验证的基础上，建立了螺旋肋片套管换热器的数学模型，分析了非牛顿幂律流体的传热特性和流体动力特性。研究了翅片几何形状、流动特性和热特性的影响。2. 数值模型2.1. 物理模型摘要本研究旨在探讨不同螺旋肋片结构对套管式热交换器环隙侧本文应用三维CFD计算模型对螺旋肋套管加热器环空侧非牛顿幂图二. 不同螺距螺旋翅片的三维视图。模拟是基于下面给出的守恒方程的数值解。在笛卡尔坐标系中模拟求解的所有方程如下[38，39]。在层流状态和稳定条件下的交换器用商业软件Fluent数值求解了质量、动量和能量守恒方程考虑到非-连续性方程：@u@v@w@x@y@z01牛顿流体是24.3°Brix的番荔枝汁，其流变学和热性质由Gratao等人[37]在0.4螺旋翅片迫使流体以螺旋图案流动，x-动量方程：Q.u@u@u@P@sxx@syxw@u@z公司简介流动的主要类型是在环空侧的旋转。人们希望，热传递的量可以增加的变化，¼-@x轴@x轴@y轴@z2螺旋肋片引起的速度场和压力场。关于动力学流体知识，我们希望流体流线在光滑的双管中是平行的，并求解流体动力学方程y-动量方程：q。u@vv@vw@v@P@sxy@syy@szy在这种条件下的IC是简单的。通过添加鳍，流体运动发生变化，使流动模式和解决方案复杂化，¼-@y@x@y@z3在这种情况下，计算方程变得有些困难。内管周围螺旋翅片的几何形状如图所示。 二、翅片节距p在100 ~ 25 mm之间变化，螺旋翅片的材料为导热不锈钢k= 16.27 Wm-1 K-1。 冷的番荔枝汁流过而内管内部的流体流动包括我们在本文中讨论内管和外管保持恒温;该边界条件可以通过热交换器中的三重管实现[38]。热交换器中的管的长度和直径是恒定的，除了翅片节距之外，并且在加热过程中，soursop流体被加热交换器几何形状、热量和流动特性z-动量方程：q.u@wv@ww@w@P@sxz@syz@szz¼-@z@x@y@z4对于假塑性（剪切稀化）或粘性（剪切稠化）流体，剪切速率和剪切应力之间的简单且通常非常有用的关系可以用幂律模型表示这种关系可以表示为[40]：.n-1秒/千分之四c_：c_c_ð5Þ在数值模拟中考虑。2.2. 数学模型采用CFD软件FluentTM 6.3对螺旋翅片套管式换热器进行了三维数值模拟。这表1流变和Thermo物理性能的刺果流体24.3°Brix其中K是幂律稠度因子，n是幂律指数（n =< 1剪切稀化流体，n = 1牛顿流体和n>1剪切稀化流体）。能量守恒公式为[41]：@qEr：h！vqEPir：krTs：！v6其中k是热导率，E是每质量单位的总能量，由[41]给出：E¼H1！v2ð7Þ(0.4 T 68.8 C），来自Gratao et al. [37].R2热物理性质密度q=kg m-3q一点零九一七10 30：23 T0.999比热容。Cp=Jkg-1K-1Cp¼3720：962：4T0.999导热系数。k=Wm-1K-1Ωk<$0：4762Ω5：5×10-4T0.994流变性能稠度指数K= kg sn-2m-1K<$0：3335exp1347： 480.998行为指数（n）n = 0：310 0：010二、.2.3. CFD模型、网格独立性和边界条件本文对五种套管式换热器的结构进行了评价，其中一种采用光滑套管式换热器进行了数值验证，另一种采用了不同螺距的螺旋翅片。对于所研究的热交换器，定义了两个域，一个流体域（soursop in1110S.S. 莫扎法里， K. Javaherdeh /工程 科学 和技术， 一个 国际 杂志 22 （2019）1107-1115~~¼g小时¼2qU2L图3.第三章。网格（a）表面。（b）管壁和翅片壁。环形侧）和一个固体域（螺旋翅片）。一个混合的非结构化六面体和楔形（棱柱）网格用于网格计算域，如图所示。3.第三章。六面体单元位于边界层中靠近壁面的速度梯度较高的位置。所有的数值网格都是在CAD程序GambitTM 2.3中设计的，并导出到Fluent solver中。几何细节如下：（1）环空内径 Di = 0.0137m ， 环 空 外 径 Do= 0.0381m;（ 2 ）环空内径 Di= 0.0137m ，环空外径Do = 0.0381m ， 环 空 内 径 Di=0.0137m，环空外径Do = 0.0381m，翅片厚度d= 0.001 m，双管换热器总长度L= 0.1 m，面积比 Sf=Sw=0.1283，0.1836，0.2496，和0.3201（即：p= 0.1 m，0.05 m，0.03333 m，0.025米）。应该注意的是，管的厚度是可忽略的，并且翅片宽度W= 0.030 m，其对应于4.05 mm的间隙。对p= 50 mm进行了网格敏感性试验，得到了具有良好数值解精度的优化计算网格。四组网格（约20万，约30万，表2网格信息。节点元件平均偏度平均正交质量302,541543,1550.26100.8596采用二阶迎风格式和压力离散标准进行离散。压力-速度耦合采用压力耦合方程半隐式算法（SIMPLEC）。翅片套管的所有边界条件与普通套管换热器相同格尔。以残差数10- 6作为速度分量和能量方程的收敛判据网格质量对数值计算的精度、稳定性和收敛性起着重要的作用.p= 50 mm病例的网格化和补片质量详情见表2，根据文献中提供的补片质量标准，结果可3. 数据减少无量纲数的使用允许通过减少太多的数值和实验测量来执行数值模拟、分析和实验结果之间的比较数据简化可以提供简单的模型，可以预测过程行为中不同参数的影响因此，在大多数研究人员的研究中，Reynolds，Graetz，Prandtl，f因子和Nu无量纲数被用来表示热和动力学行为。环空侧流体的体积速度由[30]定义：m_~55万，~75万）。据观察，热传递率的差异约为55万，U¼qA横ð8Þ0.75百万小于1%，因此采 用 网格模式0.55百万（图）。 4）。套管式换热器的进口设定为质量流量入口流体和大气压力（零压力），其中m_是质量流率，q是环空侧中的源岩藻密度，A_cross表示横截面积。对于非牛顿流体，广义雷诺数定义如下[41]：环的出口。对于所有的固体壁设置无滑移边界条件，而流体流动热耦合到要求qUDhg0ð9Þ螺旋翅片壁。数值解中忽略了粘性耗散。商业软件包Fluent用于进行数值模拟，它采用了控制体积有限差分公式。动量和能量等于-其中g0 是表观非牛顿粘度，其由下式给出：. 3n1n. 8U-14NDH其中K是稠度指数，n是性能指数，Dh是水力直径，其由下式给出：D4A十字pmð11Þ作为确定热入口长度的指标的无量纲数Gz由等式（12）给出，并且可用于关联Nu数的新经验表达式[38]。Gzm_CpKL其中L是长度。ð12Þ定义为动量扩散率与热扩散率之比的普朗特数由下式给出：产品介绍 g0Cpk13对于环空中的流体流动，基于水力直径的范宁摩擦系数由下式描述：f¼.-DP！. Dh14g0¼Kð10Þ图四、. 不同网格系统的网格灵敏度S.S. 莫扎法里， K. Javaherdeh /工程 科学 和技术， 一个 国际 杂志 22 （2019）11071111¼Num¼6： 41Gz=其中DP是压降，L是环空长度。将能量平衡方程与对流热系数的常规定义相结合，可以获得由[38]给出的hln：hlnm_Cp=Tb2-Tb1ADTlnð15Þ其中，A是包括内管、外管和翅片表面的传热表面，DTln对数平均温差由下式定义：DTln<$fTb2-Tb1=½lnT0-Tb1=T0-Tb2]g16然后，Nu数可以从它们的经典定义等式（17）获得，并且由下式给出：NuhlnDhK4. 结果和讨论ð17Þ4.1. 模型验证用于比较数值结果与实验数据的经验相关性。为了验证数值模拟的正确性，对一种常规套管式换热器进行了数值模拟，以评价其传热和压降特性。4.1.1. 方法所用入口处的质量流率如下：0.3、0.4、0.5、0.6和0.7 kg s-1;入口流体温度为8 °C。所有的壁都是静态的，并且内管、翅片基部和外管温度设定为40 °C。内管和外管的厚度忽略不计。Gratao等人通过实验预测的环空侧Nu[43]在以下公式中给出，精度约为9.5%：13.Didyou tell mewhatI'mtalking？Do图五. 环空侧h与质量流率的关系。通过环空侧的压降可通过以下公式表示L U2DP1/4fDhq2对于非牛顿幂律流体，著名的Hagen-Poiffille方程的无量纲形式也有类似的表达式[42]。Metzner和Reed建议的广义雷诺数用于从理论上估算摩擦系数，如下所示[44]：图六、环空侧压降与质量流率的关系。相对于理论关联式的相对偏差为2.56%。这表明两个数值模型和理论模型之间具有良好的匹配性，最大相对偏差为4%。所以我们ftheo16¼Regð20Þ期望该数值方法能正确模拟非牛顿流体在带翅片的DPHE中的流动特性。4.1.2. 验证图5示出了热传递系数与环空侧质量流率的关系。将计算结果与Gratao的关联式进行比较，相对偏差为2%。对流换热系数的最大相对偏差约为4%。结果表明，数值解的结果与实验关联的结果符合得很好。因此，该数值模拟方法能够较好地描述非牛顿流体在套管换热器中的传热行为。的变化光滑环隙中的压降与质量流率的关系如图6所示。根据CFD模拟结果，可以发现4.2. 流体流动特性螺旋肋环内流线的等值线图见图7。很明显，螺旋翅片在环空侧产生旋流。环隙内存在两种流型，一种是理想流型，即叶片与叶片之间的空间内靠近内管的流动，另一种是翼梢与外管之间的间隙内轴向的塞流。螺旋肋片在该间隙中的作用较低因此流体的速度增加并变为活塞流。最大速度发生在较窄的间隙，由于在轴向流体流动的阻力小。使用螺旋翅片增强了¼ð18Þ1112S.S. 莫扎法里， K. Javaherdeh /工程 科学 和技术， 一个 国际 杂志 22 （2019）1107-1115ωðÞþ图7.第一次会议。 m=0.5kg/s，p=25mm时的环空侧速度流线。流体路径与相同长度的光滑环空相比。对于不同配置的螺旋翅片，平均流体路径长度如表3如在p= 25 mm处可以观察到的，环空流体路径增加超过相同长度的光滑环空的路径的两倍。为了使套管式换热器更加紧凑，采用螺旋翅片是一种有效的建议。根据螺旋线的弧长公式，可以计算出流体的路径。还防止在流动中形成均匀的速度分布。正如我们所看到的，涡流在流动中的位置几乎是恒定的，只有速度场值发生了变化。翅片间距的变化对涡的位置影响不大。随着翅片间距的增大，涡核区的速度场减小，滞止区的速度场增大。间隙的存在会影响速度场的不均匀性.较窄的间隙干扰轴向流动并迫使流体更强烈地涡旋。这种旋转流使涡核移位。当涡的扰动增大时，由于速度梯度的增大，换热得到改善。4.3. 传热性能图图9为螺旋肋片套管式换热器的环空侧传热系数。为了更好地理解翅片的效果，光滑套管换热器的结果在同一图中给出。可以观察到两个参数对传热系数有影响，一个是环空质量流率和秒数。流体路径长度.LqpD2p2第二个是翅片间距。环隙换热系数随翅片间距的减小和环隙质量流量的增大而增大。相比之下图8显示了光滑和螺旋翅片套管换热器的速度场。对于情况（a），流动完全是轴向的。速度分布在角坐标系中是均匀的，并且关于内管的轴线是对称的。对于螺旋翅片的情况，速度分布在图8（b-e）中完全不同，一个涡流在翅片侧附近形成，而在翅片的另一侧有一个流动停滞区。涡在边界层的无序化中起着重要的作用，表3环空液路。翅片间距平均环空流体路径长度100 mm 110. 547mm137.414毫米25毫米213.378毫米结果螺旋翅片的使用增加了流体速度和流体路径，从而提高了套管换热器的热性能。Nu数值与环空侧Gz数值的关系如图所示。 10个。Gz数对Nu数有显著影响。环隙侧Nu数随着Gz数的增加而增加。螺旋翅片的形状对翅片的换热系数有重要影响。较低的翅片间距导致环隙中的高速度，因此，Nu数通过减小翅片间距而增加。因此，螺旋翅片双管比光滑环空具有更好的热性能结果表明，在相同的质量流量下，翅片间距越小，换热效果越好图图11示出了作为Pc数的函数的Nu数的变化。在传热过程中观察到两种热行为模型：第一种是与光滑环隙有关的，其中建立了轴向速度;第二种是与光滑环隙有关的，其中建立了轴向速度;第三种是与光滑环隙有关的，其中建立了轴向图8.第八条。m_=0.3kg/s时环空侧非牛顿流体的速度等值线z= 0.1 m。见图9。 不同翅片间距下环空侧h¼pS.S. 莫扎法里， K. Javaherdeh /工程 科学 和技术， 一个 国际 杂志 22 （2019）11071113. ΣSÞ见图10。 瓣环侧Nu数与Gz数。4.4. 压降压降是减小换热器尺寸和成本的最重要变量。环空压降DP的变化如图12所示。压降值取决于质量流量和翅片间距。据观察，通过增加质量流量和减小翅片间距的压力降增加。螺旋翅片的使用导致压降的增加，与p等于100 mm的光滑环中的压降相比，平均等于1.4、2、2.5、3倍，50 mm、33.33 mm和25 mm。在这里，压降增大的原因有四个：（1）由于环空截面减小而引起的平均速度增大通过翅片（2）增强了环隙中的流体路径，特别是对于较小的翅片芯（3），通过附加螺旋翅片在流体和翅片壁之间发生大的接触，由流动横截面（4）的突然变化引起的环隙入口中的高速度，另一方面，边界层中的流体颗粒将被完全阻挡，该区域以前被认为是螺旋翅片的侧向部分中的停滞区域。该区域的速度值较低，这增强了压降。f数与Re数的变化如图13所示。用解析关联式绘出了光滑双管的情况.研究使用模拟流体动力学数据将摩擦系数f与Re数和面积比关联，形式如下f¼C1An Rem 24mm以下关系式可用于预测螺旋翅片环空中的范宁摩擦系数：102： 51 SF0：792SwRe-10：12≤SFSw ≤0： 32 3≤Re≤15 μ m 25 μ mR平方值为0.9961，表明方程（25）给出了Fanning摩擦数的适当值。应当注意Sf 该术语用于描述翅片几何形状W相关性。Erika等人[41]在带有扭带插入件的圆管的数值模拟中使用了这种方法（图10）。 14）。见图11。 瓣环侧Nu数与Peclet数。对于其中旋流是主导流的螺旋翅片环隙。对于所有类型，作为RePr的函数的Nu数可以定义如下：Nu/NuRePrqii¼0;1对于0：12SF≤Sw ≤ 0： 32 3≤Re≤15μ 21 μ式中，轴向流为q0/4 0：40，旋转流为q1/40：此外，方程中的比例系数（ki）（21）定义如下：时间01： 19对于光滑环R2¼0：9993 <$22毫米&.粤ICP备09000000号-1k1¼0：3625 1 -Sw对于翅片环R&20： 9959ð23Þ其中Sw是DPHE的内管和外管的总面积，Sf是螺旋翅片面的总面积见图12。 环空侧压降与质量流率的关系。1114S.S. 莫扎法里， K. Javaherdeh /工程 科学 和技术， 一个 国际 杂志 22 （2019）1107-1115≤ ≤图13岁环空处的扇形摩擦数为了表示环隙侧的应变率和热流行为，在外管壁的（r，h，z）坐标中定义了三条辅助线。其中r = Ro，h= 0°、45°和90 °，0 z L. 图13显示了热通量和应变的变化位于定义线上的环侧的速率。顺利环，应变率和热通量不随角坐标变化，而是z轴坐标的函数。事实上，图十四岁沿h=0°、45°和90°线在外管壁上的轴向图m= 0.6kg/s时的热通量和应变速率。应变速率在0 ~ 0.02m范围内突然减小，然后在0.02- 0.1m范围内缓慢减小，表明流体是流体动力学发展的。对于螺旋肋环，应变率和热流密度在两个轴向和角坐标系中变化。开发长度几乎与以前的状态相同。因此，它可以在与其它区域相比，翅片尖端与外管表面之间的间隙越窄，应变速率和表面热通量越大。它表明，在该区域中存在高速度梯度，流体流动阻力较低，如图7中的速度等值线所示。应该强调的是，在周期长度等于鳍间距的图中观察到替代图案，并且由鳍的周期性配置引起的所有线图的45°相移在入口区域，轴向热流量急剧减小，表明翅片结构对传热和流动的流体动力学机制起着重要作用实际上，已经观察到两种热行为：第一种是轴向流动的光滑环隙的均匀换热，第二种是旋转流动的螺旋翅片环隙因此，它们中的每一个都应该通过不同的无量纲数计算来评估，图11中采用了Nu数。在换热设计中有两个重要参数：一是传热系数，二是压降。因此，它们之间的平衡是必要的，这是高度相互依赖的。因此，应确定一个无量纲参数，以同时考虑传热和泵浦功率的影响在本研究中，计算了不同螺距螺旋翅片的增强因子gg是一个无量纲数，定义如下[30]：.NuDp-1=3努奥Dpo其中下标（o）是指光滑的环。图15显示了不同配置下g因子随环空质量流率如图所示，当鳍片间距减小，值也减小这是因为当俯仰下降时，流动路径高由于复杂的鳍片间距减小，值也减小这是因为当俯仰下降时，流动路径高由于复杂性图十五岁不同质量流率下的环形空间热性能增强系数g¼ð26ÞS.S. 莫扎法里， K. Javaherdeh /工程 科学 和技术， 一个 国际 杂志 22 （2019）11071115/这种新的路径产生了一个很大的流动障碍，导致压降比传热更快地增加然后，热工水力性能下降，如图所示。最后，当质量流率增加时，热性能略有增加对于所研究的翅片式DPHE，热性能因子的平均值分别为0.91，0.87，0.85，0.83对于p分别等于100 mm、50 mm、33.33 mm和25 mm。5. 结论本文对螺旋翅片套管式换热器进行了数值模拟数值结果表明，当翅片间距分别为100 mm、50 mm、33.33 mm和25 mm时，与普通环隙相比，换热速率平均提高了12%、17%、29%和39%，压降平均提高了1.4、2、2.5和3倍在流动中发现了两种热行为模型，一种与平面环隙中的流动有关，另一种与叶片存在有关，其公式为：轴向流Nu/RePr=0： 4，旋转流Nu/RePr=0： 5F因子是正确的-Re数为：f Re-1。叶片的周期性构型导致了热流密度和应变率图的波动状态，其周期长度等于翅片间距的一半并进行了全面的热分析，以确定压降与传热的对比程度结果表明，当翅片间距减小时，热性能系数也随之减小。引用[1] 蒋运涛，马以泰，李敏霞，付林，紧凑型管中管换热器跨临界CO2水-水热泵的实验研究，能量转换。管理。76（2013）92-100。[2] SaudGhani，SeifelislamMahmoudAhmadGamaledin，MohammedMohammed Rashwan，Muataz Ali Atieh，空调应用中双管换热器的实验研究，能源建设。158（2018）801-811。[3] B.H. Salman，H.A. Mohammed，K.M. Munisamy，使用常规流体和纳米流体的微管和微通道中的传热和 流体流动特性：综述， Renew 。坚持住。 能源收入 28（2013）848-880。[4] N. 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