換熱管內插螺旋強化傳熱的數值模擬

馮修燕，張治坤

換熱管內插螺旋強化傳熱的數值模擬

馮修燕，張治坤

（湖南化工職業技術學院，湖南株洲 412000）

換熱管內插入鋼絲螺旋改變了管內的流動狀態。通過數值模擬，研究內插螺旋換熱管內速度場與溫度場的分布特性，對空管和內插螺旋換熱管進行了比較。模擬結果表明，在相同條件下，內插螺旋能夠有效地改善換熱管內速度場和溫度場，驗證了管內插螺旋是提高換熱性能的有效手段。

換熱管；螺旋；強化傳熱；數值模擬

污垢的存在［1］，不僅縮短了換熱器的使用壽命，還使得傳熱效率大幅度降低，最終影響企業生產效益，造成重大經濟損失。

對于管式換熱器，換熱管內側污垢熱阻的存在，大大增加了傳熱的阻力，使總的換熱系數減小，換熱效率降低。管內插鋼絲螺旋線圈是管式換熱器強化傳熱的一種重要手段，在節能領域具有一定的工程應用價值［2］。

1　換熱管內插螺旋強化傳熱理論分析

管內側傳熱主要與管內流體熱邊界層有關，熱邊界層越薄越有利于強化傳熱，通過管內插螺旋線的數值模擬的分析，螺旋的存在可以抑制污垢的產生和減薄熱邊界層，從而能夠強化傳熱。

管內插螺旋［3-5］可以很好地擾動管內接近壁面出的流體，使流體在流經螺旋時產生漩渦，加強了整個徑向截面內的流體混合，提高了管內的雷諾數。流體由于受到螺旋鋼絲的阻擋，在徑向方向上會產生一定的流速，這個流速方向與傳熱的方向是平行的，因此可以很好地強化管內流體在徑向截面上的熱量傳遞，起到了很好的強化傳熱效果［6］。……