扭曲三叶管传热与流阻性能的数值研究

扭曲管换热器是一种新型高效换热器。在扭曲管强化传热机理研究的基础上，提出了一种新的扭曲管管型——三叶管。验证了标准k-ω湍流模型在圆管及扭曲椭圆管计算中的精确度，并采用该湍流模型对扭曲三叶管Re在4000～20000范围内的传热和流阻性能进行了研究。计算结果表明，扭曲三叶管的Nusselt数比扭曲椭圆管大，虽然压差增大较多但综合传热性能比扭曲椭圆管高。这是由于扭曲三叶管特殊的三叶区结构以及过渡区曲率的变化，使得三叶管内的螺旋流动比椭圆管更为复杂，速度场与温度梯度场的协同程度更好。随着Reynolds数的增大扭曲三叶管的压差及Nusselt数都逐渐增大，但综合性能逐渐降低，在低Reynolds数下扭曲三叶管的强化传热效果较为明显。内切圆直径及过渡圆弧直径越小，扭曲三叶管的综合性能越好，其中内切圆直径的影响更为显著。