张静，米海英，李雅侠，张平，吴剑华



变扭率扭旋叶片强化传热特性

张静1,2，米海英2，李雅侠2，张平2，吴剑华1,2

（1天津大学化工学院，天津 300072；2沈阳化工大学高校化工混合技术省级重点实验室，辽宁沈阳 110142）

为探究扭旋叶片的结构参数——扭率变化率Tv对管道换热的影响，以水为介质，在Tv =-5～5范围内，采用实验和数值模拟方法研究了恒壁温条件下流体的传热和阻力特性，并分析了综合传热性能及强化传热机理。结果表明，沿流动方向Tv > 0的扭旋叶片安装方式强化传热效果优于Tv= 0，研究范围内Tv = 2.5时综合强化传热比最高，相对Tv = 0平均提高5.0%。而Tv < 0 时强化传热效果劣于Tv = 0，应避免此种叶片安装方式。扭率的变化影响了流场结构，当Tv > 0时，在近1/2流动区域内绕流旋涡的涡量和影响区域明显增加，同时，在绕流旋涡流动区域，压力、速度和温度的三场协同程度得到提高，进而强化了换热管道的传热效果。

扭旋叶片；扭率变化率；数值模拟；强化传热；场协同

引 言

在被动式强化传热技术中，尽管螺旋扭带结构[1-4]增加了管路压降，但有效提高了传热效率，而且易于旧设备改造，因此，在管内插入物强化传热过程中得到广泛应用。通过对不同长度单个扭带强化传热效果的实验研究表明[5]，短节螺旋扭带（即扭旋叶片）在该类型换热器强化传热过程中具有明显优势，很多学者对扭旋叶片结构参数与管内流动阻力和传热特性的关系进行了研究。从纵向涡角度出发，对含扭旋叶片的管道内流场进行分析，运用混合效果作为评价参数，得到扭旋叶片的最佳扭转角度为180°[6]。以长径比为研究对象，对相邻叶片旋向相反且错开90°的管道传热和阻力性能进行评价，得出结论为长径比越小传热系数越高，但阻力的增加倍数远高于传热系数的增加倍数[7-8]。为……