Este estudo concentra-se nas características de vórtice e transferência de calor dentro dos canais formados por feixes de tubos de barbatanas helicoidais,que visa revelar como diferentes parâmetros estruturais influenciam sinergicamente a resistência ao fluxoO objetivo é fornecer uma base teórica para projetar equipamentos de troca de calor de alta eficiência, baixa resistência e longa vida.As barbatanas serrilhadas são amplamente utilizadas em trocadores de calor refrigerados a ar, chaminés e sistemas de recuperação de calor de resíduos industriais devido à sua elevada taxa de aletação, estrutura leve e supressão de vibrações.

No entanto, estudos anteriores centraram-se principalmente em dados macroscópicos de transferência de calor e queda de pressão,falta de compreensão sistemática da relação entre a evolução do vórtice interno e a distribuição local da carga térmicaIsto torna difícil equilibrar o elevado desempenho de transferência de calor e a segurança estrutural durante o projecto.

Para resolver este problema, o presente estudo constrói um modelo de canal periódico tridimensional, selecionando o passo transversal do tubo, o passo longitudinal do tubo e o espaçamento das barbatanas como variáveis-chave,cobrindo o intervalo de número de Reynolds comumente utilizado de 10, 000 a 50,000O modelo de turbulência SST k-ω, validado por experimentos, é utilizado numa grade estruturada de 1,2 milhões de metros para realizar simulações de turbilhões grandes instáveis, capturando simultaneamente a velocidade instantânea,Verticidade, e campos de temperatura.

As estruturas típicas, como as ruas de vórtice de Kármán e os vórtices de ferradura, são identificadas usando o critério Q, e a integração do tempo média da área é usada para obter o número de Nusselt, o número de Euler,e número de Strouhal, transformando vórtices "invisíveis" em indicadores de desempenho quantificáveis e comparáveis.

Os resultados mostram que a redução do passo transversal do tubo aumenta a velocidade de fluxo e aumenta significativamente a frequência de descarga de vórtice,Melhorando a transferência de calor em mais de 30% mas duplicando a resistência ao fluxoO aumento do passo longitudinal do tubo permite que os vórtices se desenvolvam completamente e se reajuntem, aumentando a transferência de calor em quase 50% com um aumento limitado da resistência.Aumenta a intensidade do vórtice, e ainda diminui a queda de pressão, apresentando uma tendência favorável de "o mais escasso, a menor resistência, o mais escasso, a melhor transferência de calor".

Uma comparação mais aprofundada entre as estruturas de vórtice locais e o fluxo de calor da superfície revela que as regiões de descarga de vórtice apresentam gradientes de temperatura uniformes e altos números de Nusselt locais,Considerando que as regiões sem vórtices apresentam "pontos quentes" de alta temperatura," que podem induzir a concentração de tensão térmica e a fadiga precoce das barbatanas.

Esta constatação explica directamente a causa raiz das rachaduras e deformações locais observadas nos feixes de tubos de campo e fornece um critério para a avaliação subsequente da segurança.Baseado em 216 conjuntos de dados de simulação ortogonais, o estudo propõe correlações adimensionais para Nu, Eu e St em termos de Re e dos três parâmetros geométricos, com desvios no limite de 10%,que podem ser incorporados diretamente no software de seleção de engenharia para previsão rápida do desempenhoOs formulários específicos são os seguintes:

Os resultados não só preenchem a lacuna no mecanismo de acoplamento "vortex-calor" de barbatanas serrilhadas helicoidais, mas também fornecem um caminho de otimização multi-objetivo de "aumento da transferência de calor,redução da resistência, e garantir a segurança" para aplicações como ilhas refrigeradas a ar em centrais térmicas, refrigeradores de ar petroquímicos e refrigeração de transformadores de tracção em comboios de alta velocidade.

Os projetistas podem ajustar o passo transversal para alta transferência de calor, usar o passo longitudinal para suprimir picos de resistência e alternadamente organizar o espaçamento das barbatanas para eliminar o superaquecimento local,Realização de custos mínimos do ciclo de vidaNo contexto do duplo carbono, esta investigação tem um potencial significativo para reduzir o consumo de energia dos sistemas de arrefecimento e melhorar a eficiência da recuperação de calor residual industrial.

No futuro, pode ser alargada a diferentes perfis dentários, barbatanas de secção variável e fluidos de trabalho mistos,Promover continuamente o desenvolvimento de tecnologias de gestão térmica de alta eficiência.