在螺旋渠道内强制对流传热的数值分析
k . e . Reby罗伊博士
助理教授
机械工程系,
TKM 工程学院,
Kollam,691005年喀拉拉邦, 印度
Shenoy Rohit N
PG 学生
机械工程系,
TKM 工程学院,
Kollam, 印度喀拉拉邦- 691005
摘要
螺旋管道被用于各种各样的应用程序包括食品加工、热加工厂和制冷。他们优势由于传热系数高、密实度直接管。线圈的曲率控制二次流的离心力导致发展即流体流在管道的外端移动速度比内部的流体流的管道。在目前的研究中, 计算流体力学(CFD)模拟使用流利6.3.26
对螺旋进行矩形管伤口圆柱通道。圆柱通道是面向水平, 作为一个逆流换热器。分析是通过改变四种不同液体的流量如乙二醇, 煤油, 纳米流体和水。流体的流体流动和传热特性进行了研究和努塞尔特数相关性院长开发数量。
关键词:螺旋管、热交换器、相关, 院长号码, 努塞尔特数, 逆流。
1. 介绍
螺旋通道是广泛应用于制冷空调、蒸汽发电、热加工厂、油加热等。在一个圆柱形通道, 螺旋通道主要用于再生冷却壁。再生冷却是应用最广泛的火箭墙壁和冷却的方法是通过高速冷却剂流动的背面室热气墙对流冷却热气体班轮。直接渠道的使用也在喷嘴; 然而连续螺旋通道是有利的对由于其高传热系数和紧凑的尺寸。许多研究人员已经确定, 存在复杂的流型内螺旋管由于传热的增强。
线圈的曲率控制离心力, 而沥青(或螺旋角) 的扭转影响流体受到。二次流的离心力导致发展(Darvid,史密斯. 美林,&大脑,1971) 。由于曲率的影响, 流体流在管道的外端移动速度比内部的流体流的管道。
当我们知道螺旋管道传热发挥重要作用, 有许多应用程序使用它们。他们中的一些人一直在下面描述。
使用定制的印刷电路板(pcb)是制造高性能主轴的最大速度160000 rpm 。高速加工大大降低生产率, 降低生产成本。高速主轴驱动器通常配备内置电机, 电力传输设备等的皮带和齿轮可以被消除。但速度的
增加也产生负面影响等噪声, 喋喋不休和主轴系统产生的热量。在高速加工, 轴的过度het 代引起热膨胀不均匀在不同机器元素, 这不仅会导致摩擦磨损, 轴, 但也导致大型加工公差。因此电动纺锤波被安置与螺旋通常循环水冷却通道。
火箭发动机是一种设备中, 推进剂燃烧在燃烧室和由此产生的高压气体通过喷嘴扩展产生推力。化学火箭工作的行动推进剂的燃烧产生的热气体喷嘴对燃烧室的内部和扩张。这产生力量, 加快天然气极高的速度和对大推力火箭。
燃烧温度远远高于大多数的室壁材料的熔点。因为这是有必要的冷却这些墙壁或防止高热量转移达到墙上。如果传热太高, 墙温度成为燃烧室局部过高, 将会失败。再生冷却等方法, 膜冷却、烧蚀冷却等用于冷却推力室的化学火箭发动机。螺旋通道用于火箭拉伐尔喷管的推力室和部分。本研究关注的是圆柱推力室部分。
d . g . Prabhanjan g . s . v . Ragbavan和t . j . Kennic[1]研究来确定使用螺旋盘绕的相对优势连续换热器与管式热交换器加热液体。发现, 传热系数是影响换热器的几何形状和热交换器周围的水浴的温度。 蒂莫西·j·兰尼Vijaya 9 Raghavan[3]对套管螺旋换热器进行数值分析建模为层流流体流动和传热特性在不同管尺寸和流体流动速率。整体传热系数计算并流和逆流。验证结果进行比较与文学和环努塞尔特数与数量修改院长显示很强的线性关系。
Yitung 陈, 尹华军Chen Benzhao张b,Hsuan-Tsung 谢长廷[4]进行了数值研究, 研究流体流动的特点和对流传热在斜方形管旋转以恒定曲率中心的角速度。努塞尔特数研究了在长度和流动结构的变化和温度分布力比和扭转检查以及旋转和扭转对摩擦系数的影响。
03 Chien,J.Y . 张成泽[6]数值和实验研究了三维流体运动和温度分布在一个内置的电动高速轴与螺旋水冷通道。结果表明, 温度升高与螺旋水冷可以显著减少。与实验结果有很好的一致性。
拉胡尔Kharat Nitin Bhardwaj R.S. Jha[7]进行的实验和计算流体力学(CFD)模拟开发一种改进的相关性为同心螺旋线圈之间流动传热系数, 发现在一个误差范围的3 - 4%的新关联传热系数这个调查提供了一个精确的适合开发的实验结果。
J 。Jayakumara et al。[10]进行了CFD 分析单一逐步流在螺旋盘管。流体运动的详细分析表明管道内的流体粒子发生振荡运动, 这导致传热波动率。相关开发估计平均努塞尔特数和被发现是在合理的范围内。
t . Sreenivasulu et al 。[8]研究了环空的流动和传热特性与其内圆筒包装由螺旋钢丝, 发现提高运输生产和存在的线环的增加速度。
2. 模型与分析
2.1模型验证
通过比较验证了模型的结果双套管螺旋换热器使用相同的软件建模与文学的蒂莫西·j·兰尼et al .[3]。模型由一个同轴线圈热交换器(一个内部线圈包围一个环, 包围着一个外线圈) 。
分析了流利的6.3.26。使用的材料是铁线圈和流体通过换热器是水。0.00835公斤/ s 的流量的流体通过内部线圈在三个不同的流量通过环空流动的1/2,1和2倍的内在质量流率(0.00418,0.00835,和0.0167公斤/ s)。
结果在图1显示之间的匹配特征研究的文献和礼物。
2.2 CFD建模
三维物理模型流体分析是AUTOCAD 2010和出口策略2.4.6 sat 文件。模型由一个气缸在这十螺旋矩形管道横截面积相同的受伤。螺旋管道和油缸是由一个外壳。图2显示了展开图的几何学。
计算域包括两个液体和固体域之一。流体域包括热气体通过内部的圆柱形通道(图2) 和冷却剂流经表面上提供的矩形通道(图2 b)。固体域包括内壳层(图2) 和外壳(图2 d) 。的材料为圆柱形通道选择, 螺旋管, 外壳是铜。
使用的不同类型的冷却剂乙二醇, 煤油, 纳米流体(按体积5%的铜) 和水
用于网格生成的元素类型是春节/ TGrid 类型的混合。这个方案指定网主要由四面体网格元素, 但它也可以包含六面体的锥体和楔元素在适当的地方。元素的总数是558914。生成的网格图3所示。
然后定义边界条件(进口、出口和墙) 以及固体和流体卷。网状文件然后出口到流利6.3.26进行分析。
2.3分析
为分析生成的网格图4所示。使用流利的6.3.26分析完成。为简化问题的假设:
1。在可压缩流体被认为是。
2。辐射和自然对流的影响被忽略。
3。流被认为是稳定和动荡。
所有的墙都视为静止不动的, 和标准壁函数使用。质量流率在进口而压力出口边界条件是在汽缸和螺旋管。绝热壁边界条件给出了气缸壁和螺旋管。
热空气进入汽缸的温度1500 k,而冷却液(乙二醇、煤油、水和纳米流体) 进入螺旋管在285 k相反的方向。因此, 模型是一个质热交换器。下面的分析主要集中在螺旋管。冷却剂的质量流率是多种多样的(m = 0.15,0.2,0.15千克/秒) 和热空气保持在米= 0.01公斤/ s。
3。结果
的传热特性研究了流体流经螺旋管的使用不同的液体如乙二醇, 煤油, 纳米流体(5%铜按体积) 和水, 每3个不同的质量流率下0.15公斤/ s,0.2公斤/ s 和0.25公斤/ s 。详细讨论这些流量特征和努塞尔特数之间的相关性和院长号码为每一个流体了。
图5显示了温度分布的轮廓的冷却液流量0.2公斤/ s和入口温度285 k 。温度等值线显示液体进入气缸的一端, 流经螺旋管加热。冷却剂为乙二醇加热到352 k,364 k煤油,296 k为纳米流体和322 k水。所有液体的温度曲线趋势相同。更高的质量流率流体的出口温度会降低, 提高了传热速率。
图6说明了热气体的温度轮廓沿扩。看到的是, 热气体温度降低在传热与螺旋通道逆流方向。热气体进入0.01公斤/ s的质量流率在1500 k 的温度, 使汽缸的温度613 k为乙二醇、煤油615 k,615 k 597纳米流体和水。随着质量流量增加, 热气体的出口温度将下降。
在螺旋渠道内强制对流传热的数值分析
k . e . Reby罗伊博士
助理教授
机械工程系,
TKM 工程学院,
Kollam,691005年喀拉拉邦, 印度
Shenoy Rohit N
PG 学生
机械工程系,
TKM 工程学院,
Kollam, 印度喀拉拉邦- 691005
摘要
螺旋管道被用于各种各样的应用程序包括食品加工、热加工厂和制冷。他们优势由于传热系数高、密实度直接管。线圈的曲率控制二次流的离心力导致发展即流体流在管道的外端移动速度比内部的流体流的管道。在目前的研究中, 计算流体力学(CFD)模拟使用流利6.3.26
对螺旋进行矩形管伤口圆柱通道。圆柱通道是面向水平, 作为一个逆流换热器。分析是通过改变四种不同液体的流量如乙二醇, 煤油, 纳米流体和水。流体的流体流动和传热特性进行了研究和努塞尔特数相关性院长开发数量。
关键词:螺旋管、热交换器、相关, 院长号码, 努塞尔特数, 逆流。
1. 介绍
螺旋通道是广泛应用于制冷空调、蒸汽发电、热加工厂、油加热等。在一个圆柱形通道, 螺旋通道主要用于再生冷却壁。再生冷却是应用最广泛的火箭墙壁和冷却的方法是通过高速冷却剂流动的背面室热气墙对流冷却热气体班轮。直接渠道的使用也在喷嘴; 然而连续螺旋通道是有利的对由于其高传热系数和紧凑的尺寸。许多研究人员已经确定, 存在复杂的流型内螺旋管由于传热的增强。
线圈的曲率控制离心力, 而沥青(或螺旋角) 的扭转影响流体受到。二次流的离心力导致发展(Darvid,史密斯. 美林,&大脑,1971) 。由于曲率的影响, 流体流在管道的外端移动速度比内部的流体流的管道。
当我们知道螺旋管道传热发挥重要作用, 有许多应用程序使用它们。他们中的一些人一直在下面描述。
使用定制的印刷电路板(pcb)是制造高性能主轴的最大速度160000 rpm 。高速加工大大降低生产率, 降低生产成本。高速主轴驱动器通常配备内置电机, 电力传输设备等的皮带和齿轮可以被消除。但速度的
增加也产生负面影响等噪声, 喋喋不休和主轴系统产生的热量。在高速加工, 轴的过度het 代引起热膨胀不均匀在不同机器元素, 这不仅会导致摩擦磨损, 轴, 但也导致大型加工公差。因此电动纺锤波被安置与螺旋通常循环水冷却通道。
火箭发动机是一种设备中, 推进剂燃烧在燃烧室和由此产生的高压气体通过喷嘴扩展产生推力。化学火箭工作的行动推进剂的燃烧产生的热气体喷嘴对燃烧室的内部和扩张。这产生力量, 加快天然气极高的速度和对大推力火箭。
燃烧温度远远高于大多数的室壁材料的熔点。因为这是有必要的冷却这些墙壁或防止高热量转移达到墙上。如果传热太高, 墙温度成为燃烧室局部过高, 将会失败。再生冷却等方法, 膜冷却、烧蚀冷却等用于冷却推力室的化学火箭发动机。螺旋通道用于火箭拉伐尔喷管的推力室和部分。本研究关注的是圆柱推力室部分。
d . g . Prabhanjan g . s . v . Ragbavan和t . j . Kennic[1]研究来确定使用螺旋盘绕的相对优势连续换热器与管式热交换器加热液体。发现, 传热系数是影响换热器的几何形状和热交换器周围的水浴的温度。 蒂莫西·j·兰尼Vijaya 9 Raghavan[3]对套管螺旋换热器进行数值分析建模为层流流体流动和传热特性在不同管尺寸和流体流动速率。整体传热系数计算并流和逆流。验证结果进行比较与文学和环努塞尔特数与数量修改院长显示很强的线性关系。
Yitung 陈, 尹华军Chen Benzhao张b,Hsuan-Tsung 谢长廷[4]进行了数值研究, 研究流体流动的特点和对流传热在斜方形管旋转以恒定曲率中心的角速度。努塞尔特数研究了在长度和流动结构的变化和温度分布力比和扭转检查以及旋转和扭转对摩擦系数的影响。
03 Chien,J.Y . 张成泽[6]数值和实验研究了三维流体运动和温度分布在一个内置的电动高速轴与螺旋水冷通道。结果表明, 温度升高与螺旋水冷可以显著减少。与实验结果有很好的一致性。
拉胡尔Kharat Nitin Bhardwaj R.S. Jha[7]进行的实验和计算流体力学(CFD)模拟开发一种改进的相关性为同心螺旋线圈之间流动传热系数, 发现在一个误差范围的3 - 4%的新关联传热系数这个调查提供了一个精确的适合开发的实验结果。
J 。Jayakumara et al。[10]进行了CFD 分析单一逐步流在螺旋盘管。流体运动的详细分析表明管道内的流体粒子发生振荡运动, 这导致传热波动率。相关开发估计平均努塞尔特数和被发现是在合理的范围内。
t . Sreenivasulu et al 。[8]研究了环空的流动和传热特性与其内圆筒包装由螺旋钢丝, 发现提高运输生产和存在的线环的增加速度。
2. 模型与分析
2.1模型验证
通过比较验证了模型的结果双套管螺旋换热器使用相同的软件建模与文学的蒂莫西·j·兰尼et al .[3]。模型由一个同轴线圈热交换器(一个内部线圈包围一个环, 包围着一个外线圈) 。
分析了流利的6.3.26。使用的材料是铁线圈和流体通过换热器是水。0.00835公斤/ s 的流量的流体通过内部线圈在三个不同的流量通过环空流动的1/2,1和2倍的内在质量流率(0.00418,0.00835,和0.0167公斤/ s)。
结果在图1显示之间的匹配特征研究的文献和礼物。
2.2 CFD建模
三维物理模型流体分析是AUTOCAD 2010和出口策略2.4.6 sat 文件。模型由一个气缸在这十螺旋矩形管道横截面积相同的受伤。螺旋管道和油缸是由一个外壳。图2显示了展开图的几何学。
计算域包括两个液体和固体域之一。流体域包括热气体通过内部的圆柱形通道(图2) 和冷却剂流经表面上提供的矩形通道(图2 b)。固体域包括内壳层(图2) 和外壳(图2 d) 。的材料为圆柱形通道选择, 螺旋管, 外壳是铜。
使用的不同类型的冷却剂乙二醇, 煤油, 纳米流体(按体积5%的铜) 和水
用于网格生成的元素类型是春节/ TGrid 类型的混合。这个方案指定网主要由四面体网格元素, 但它也可以包含六面体的锥体和楔元素在适当的地方。元素的总数是558914。生成的网格图3所示。
然后定义边界条件(进口、出口和墙) 以及固体和流体卷。网状文件然后出口到流利6.3.26进行分析。
2.3分析
为分析生成的网格图4所示。使用流利的6.3.26分析完成。为简化问题的假设:
1。在可压缩流体被认为是。
2。辐射和自然对流的影响被忽略。
3。流被认为是稳定和动荡。
所有的墙都视为静止不动的, 和标准壁函数使用。质量流率在进口而压力出口边界条件是在汽缸和螺旋管。绝热壁边界条件给出了气缸壁和螺旋管。
热空气进入汽缸的温度1500 k,而冷却液(乙二醇、煤油、水和纳米流体) 进入螺旋管在285 k相反的方向。因此, 模型是一个质热交换器。下面的分析主要集中在螺旋管。冷却剂的质量流率是多种多样的(m = 0.15,0.2,0.15千克/秒) 和热空气保持在米= 0.01公斤/ s。
3。结果
的传热特性研究了流体流经螺旋管的使用不同的液体如乙二醇, 煤油, 纳米流体(5%铜按体积) 和水, 每3个不同的质量流率下0.15公斤/ s,0.2公斤/ s 和0.25公斤/ s 。详细讨论这些流量特征和努塞尔特数之间的相关性和院长号码为每一个流体了。
图5显示了温度分布的轮廓的冷却液流量0.2公斤/ s和入口温度285 k 。温度等值线显示液体进入气缸的一端, 流经螺旋管加热。冷却剂为乙二醇加热到352 k,364 k煤油,296 k为纳米流体和322 k水。所有液体的温度曲线趋势相同。更高的质量流率流体的出口温度会降低, 提高了传热速率。
图6说明了热气体的温度轮廓沿扩。看到的是, 热气体温度降低在传热与螺旋通道逆流方向。热气体进入0.01公斤/ s的质量流率在1500 k 的温度, 使汽缸的温度613 k为乙二醇、煤油615 k,615 k 597纳米流体和水。随着质量流量增加, 热气体的出口温度将下降。