内置开孔梯形波带换热管数值模拟及实验研究

王嘉毅，张锁龙，2，柳 林，张 琳

（1.常州大学机械工程学院，江苏 常州 213164；2.常州大学江苏省绿色过程装备重点实验室，江苏 常州 213164）

1 引言

管壳式换热器在石油、化工、食品工业等领域有着广泛的应用，然而一般管壳式换热器内的传统光滑换热管效率低下，很难满足各方面换热工艺要求。因此采取强化传热技术是当前提倡高效节能的重要手段。在管内插入波带型内插件是一种常见的强化传热方式，相比于传统的纽带与静态混合器其具有利于防除垢，工艺简单，易于换热器改造等优点[1-4]。文献[5]采用试验的方法对装有波形板扰流件管内高温烟气在小Re数条件下的对流传热及阻力特性进行了研究。文献[6]通过数值模拟研究指出，正弦状波形板强化传热的临界Re数为（175～200）。文献[7]在流体介质为高黏度流体下，对管内插入梯形波带强化传热效率进行了实验研究，结果表明插入梯形波带后虽然压降增加，但强化传热效果提高显著。综上所述，波带型内插件大多适用于层流状态的流动过程，但是随着雷诺数的增高，管内流动阻力成倍增大，综合传热效率会降低。根据的核心传热原理[8]，提出一种新式开孔梯形波带内插件，通过开孔与调节波带的高度比可以增加管内核心区流体的扰动，让管内流体混合更加充分，提高强化传热能力，同时减小内插件的面积，从而解决传统波带来的高压降的问题。

2 数学及物理模型的描述

2.1 新型开孔梯形波带几何模型

管内插新型开孔梯形波带示意图，如图1所示。……