PDF《种强化太阳能换热的新型涡流发生器》

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0 0时矩 形翼的阻 力损 失 为平 直流 道的8.5倍 ,而斜截半椭圆柱体的阻力损失仅为平直流 道的

2 . 4倍.实验结果描述 了斜截半椭 圆柱体涡流 发生 器优 越 的强 化传 热 效果 和低 压 力损 失 的特 性.Xf L 一 一平直 流道 一一直角三 角其 一一梯形 ( a =

2 0 . ) ―一 梯形 ( a

1 2 . )- . 一矩形翼―一斜截圆柱 ( a =

2 0 . ) 一 斜截圆柱 ( a

1 2 . ) 一一斜截椭圆柱 ( a :

2 0 . ) 一一斜截椭圆柱 ( a =

1 2 . ) 图5各涡流发生器局部换 热 系数 沿流 向分布 ( R e :3

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0 0 ) Fi g.

5 Lo c a l c o nv e c t i v e he a t t r a ns f e r c oe f f i c i e nt d i s t r i b u t i o n a l o n g f l o w e f f e c t e d b y VG s ( R e :3

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0 0 ) 一直流道 一矩形翼 … 一 直鱼三角翼 … 斜截圆柱( a =

2 0 . ) … 一 梯形翼( a =

2 0 . ) 一斜椭圆柱 ( a =

2 0 . ) 图6各涡流发生 器平均Nu.Re关系(Re:4

0 0

0 - -3

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0 0 ) F i g.

6 Re l a t i o n s h i p o f Nu a n d Re e f f e c t e d b y V G s ( Re =4

0 0

0 ~3

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0 0 ) 一―― 谣l ¨ _ 疆―厂1r 一一一――r ―― ― ― _. 一一平直 流道 一一三 角萁 一・一梯形 翼(1

2 . ) 一r一梯形翼 (

2 0 . ) 一 矩形 翼(20.)(1

2 .) 柱(20.)柱(1

2 . ) 图7各涡流发生器压降一 雷诺数关 系(Re=4

0 0

0 - -3

8 0

0 0 ) Fi g.

7 Re l a t i o n s hi p o f AP wi t h Re e f f e c t e d b y VG s( R e :4

0 0

0 .

3 8

0 0

0 )

3 斜截半椭 圆柱体强化换热的机理分析 斜截 半椭圆柱 体优 越 的强 化换 热 特性 来 自于其 将端部流向涡和 和 马蹄 涡系 的有机 结合.首 先 ,与 其它 柱 型涡 流发 生 器一 样 ,其 前沿 滞 止边 界使 得来流速 度头 转化 为压力头,从 而在柱前形成逆流向、 竖 向及横 向压力 梯度(图8),逼 近边 界层中的剪 应 力被 这种 压 力梯 度扭曲发 生边界层三维分离卷起,向柱 的下 部 、外 部延 伸 ,形 成 马蹄 涡系 ( 图9).同时,流体 流 过斜 截 半椭 圆柱 体顶部时 ,在柱 前后 方压差的作 用 下类 似 于翼 型涡 流 发生 器产 生 强烈 的端 部 涡旋 ,沿流向呈螺 旋形 向下 游运动(图9).在 一定攻角下 ,端部涡和马蹄 涡呈现三 维 特性 . 图 9示 意 了在斜 截 半椭 圆柱体 周 围产 生 涡旋 的情形.端 部涡靠近边界层的边,尺 度和涡强大些_8;

马蹄 涡产生于柱的根 部 ,位 置较低,尺 度小;

大 尺度 端部 涡将 环 量馈 给小尺度 马蹄 涡 ,有 利于马蹄 涡存 活期 的延长 .这两种涡旋 的共 同存 在和 相互 作用 ,一方面增 加了涡的总 体强 度 ,一 方 面扩 展 了涡旋 横向和纵 向 的影 响 区域 ,极 大地 促进了主流区和 传热 壁 面流 体 的动量 和能量交 换 .若 通道 内 布置 图 2所 示 的一 对斜截半椭圆柱 体涡流发生器,则产 生相向旋 转 的端部 涡旋对和马蹄涡对 ( 图10).内侧马蹄涡为上洗涡旋对 ,受 内侧柱高度和攻角 的. 一砉,B籁赣幕疃太阳能学报24卷 限制 ,其数量少 ,尺度 小 ,涡强 弱 ,沿 流 向衰 减得 快 ;

端部 涡和外 侧 马蹄 涡对 数 目多 ,涡强大 ,生命 力强.这 些 涡旋 与壁面以及 彼此 之 间复 杂地 相互 作用,吸卷 流 体进 入边界层 ,加强 了气 流 的混 合 与扰 动 ,有效 地减薄或 破坏 边 界层 ,从 而减 小 了传 热热 阻.不仅如此 ,斜截半椭圆柱体斜边的存在产生的 端 部纵 向涡 ,有效地消除柱 后回流滞止区的影 响,弥补 了一般 柱 型涡 流 发生 器 的缺 陷 ,而使 换热效果 大大 增强.图8柱前 速度分布及压力 梯度 Fi g.