非均匀热流边界条件换热管内流场优化研究*

于 萍，耿伟轩，郭华锋

(1.徐州工程学院 机电工程学院，江苏 徐州 221018；2.江苏省秦淮河水利工程管理处，江苏 南京 210000)

0 引 言

太阳能作为一种清洁能源被认为是未来人类最为重要的能源之一[1]。目前，太阳能的利用主要在产生生活热水方面，通过真空管式或平板式等类型的集热器来实现，其性能直接影响太阳能的热利用率[2-4]。由于太阳光照的方向性，集热器中换热管的周向非均匀热边界条件普遍存在于太阳能热利用过程中。

常春等[5-6]通过实验，并对周向非均匀热流密度边界条件下吸热管壁面温度的分布规律进行了数值模拟，研究发现周向非均匀热流边界条件下吸热管壁温度分布与截面圆心角余弦呈函数关系，经典Dittus-Boelter公式不适用于管壁温度分布计算，为了强化吸热管的传热效果，可以采用内插螺旋纽带的方式进行。基于场协同理论；崔文智等[7]研究了螺旋管在非均匀热流边界条件下的流动传热过程，研究发现非均匀热流边界条件时，曲率较小的螺旋管传热系数大，且曲率较小的螺旋管内场协同角较小；ROLDAN等[8-10]研究了周向非均匀热流边界条件下槽式太阳能接收器的温度分布，研究发现通过改变集热器的外部结构，使用合适的换热管材料以及选择合适的聚光角度均可以有效改变换热管壁面温度分布，提高传热系数减小周向温差；SONG等[11]在槽式太阳能集热器换热管内放置螺旋翅片，研究发现螺旋翅片的放置可以有效提高换热效率，减小周向温差；……