伴隨有凝結(jié)發(fā)生的橢圓管外對(duì)流換熱特性的數(shù)值研究.pdf

1、含有不凝性氣體的凝結(jié)傳熱問(wèn)題廣泛存在于各種換熱設(shè)備中，如采暖通風(fēng)與空調(diào)換熱設(shè)備(HVAC)、非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)(PCCS)、特別是冷凝式燃?xì)忮仩t尾部煙氣冷凝式換熱器。不凝性氣體的存在對(duì)蒸汽凝結(jié)有很大影響，與純蒸汽凝結(jié)相比，其過(guò)程更為復(fù)雜。
　　鑒于實(shí)際中含不凝氣體的凝結(jié)現(xiàn)象較普遍，而目前關(guān)于橢圓管外該現(xiàn)象的研究較少，本文利用商用軟件ANSYS Fluent15.0對(duì)含不凝氣體的水蒸汽掠過(guò)橢圓管外的凝結(jié)換熱特性進(jìn)行研究。
　

2、　首先對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行理論分析，并編寫(xiě)相關(guān)凝結(jié)自定義函數(shù)（UDF）程序，進(jìn)行算法驗(yàn)證；然后對(duì)蒸汽與不凝氣體組成混合氣體流經(jīng)單管外的凝結(jié)換熱情況進(jìn)行研究；隨后，對(duì)該混合氣體流經(jīng)管束的凝結(jié)換熱以及阻力情況進(jìn)行研究，重點(diǎn)考察管束不同的排列方式、橢圓管長(zhǎng)短軸比（a/b）、進(jìn)口水蒸汽濃度(Yv)以及進(jìn)口流速(v)對(duì)凝結(jié)換熱系數(shù)、流動(dòng)阻力以及綜合換熱因子的影響，并詳細(xì)討論沿流程局部凝結(jié)換熱系數(shù)的變化情況。
　　對(duì)氣體橫掠單管的研究發(fā)現(xiàn)，與圓管相比

3、，橢圓管外凝結(jié)換熱系數(shù)有所降低，但下降幅度隨橢圓管長(zhǎng)短軸比增大而減??；當(dāng)來(lái)流速度或蒸汽質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大時(shí)，橢圓管外的平均凝結(jié)換熱系數(shù)隨之增大；當(dāng)水蒸汽質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，橢圓管外復(fù)合換熱系數(shù)（凝結(jié)與對(duì)流換熱系數(shù)之和）隨橢圓管長(zhǎng)短軸比的增大有明顯下降；反之，下降趨勢(shì)不明顯。
　　對(duì)不同排列方式的多排管束研究發(fā)現(xiàn):
　　1)順排布置時(shí)，第一排的管外平均凝結(jié)換熱系數(shù)最大。而叉排布置時(shí)，最大值在第二排產(chǎn)生；
　　2)不管管束采取何種布

4、置方式，其管外平均凝結(jié)換熱系數(shù)隨流動(dòng)方向總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。對(duì)于順排布置：當(dāng)管排數(shù)n≤3時(shí)，下降迅速；當(dāng)管排數(shù)n＞3時(shí)，下降趨勢(shì)較緩慢。叉排布置時(shí)，對(duì)于前4排，其管外平均凝結(jié)換熱系數(shù)最小值為第3排，當(dāng)n＞4時(shí)，為下降趨勢(shì)，且比順排下降更顯著。
　　3)管束布置方式不同，最后一排管管外平均凝結(jié)換熱系數(shù)變化情況截然不同。順排布置時(shí)，最后一排管管外平均凝結(jié)換熱系數(shù)出現(xiàn)一定程度躍升，即高于前一排管。叉排布置時(shí)，最后一排管管外平均凝結(jié)換熱系數(shù)

5、出現(xiàn)明顯驟降。
　　4)對(duì)于順排和叉排，隨著長(zhǎng)短軸比 a/b增大，凝結(jié)率以及復(fù)合換熱系數(shù)均減小，但減小程度越來(lái)越小。與順排相比，叉排下降更明顯。此外，其阻力特性也呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)。
　　5)進(jìn)口流速以及水蒸汽濃度增大均會(huì)引起凝結(jié)率以及換熱系數(shù)增大，叉排凝結(jié)率與換熱強(qiáng)度比順排的高，在本研究范圍內(nèi)，凝結(jié)率平均提高7.80％，換熱系數(shù)平均提高24.06%，而流動(dòng)阻力平均增加了83.52%。
　　6)從綜合換熱因子和場(chǎng)協(xié)同理