В данном исследовании основное внимание уделяется характеристикам вихря и теплопередачи внутри каналов, образованных спирально зазубленными пучками из труб,целью которого является выявление того, как различные структурные параметры синергетически влияют на сопротивление потокуЦель состоит в том, чтобы обеспечить теоретическую основу для разработки высокоэффективного, низкоустойчивого и долговечного теплообменного оборудования.Пеленатые плавники широко используются в воздушно-охлаждаемых теплообменниках, дымоходы и промышленные системы восстановления тепла отходов из-за их высокого соотношения оперения, легкой конструкции и подавления вибрации.

Однако предыдущие исследования в основном были сосредоточены на макроскопической передаче тепла и данных о падении давления.отсутствие систематического понимания связи между внутренней эволюцией вихря и местным распределением тепловой нагрузкиЭто затрудняет баланс между высокой производительностью теплопередачи и безопасностью конструкции во время проектирования.

Чтобы решить эту проблему, в настоящем исследовании построена трехмерная модель периодического канала, выбирая поперечный толчок трубы, продольный толчок трубы и расстояние между плавниками в качестве ключевых переменных.охватывающий широко используемый диапазон числа Рейнольдса от 10от 1000 до 50 000000Модель турбулентности SST k-ω, подтвержденная экспериментами, используется на 1,2 миллионах структурированных сеток для выполнения симуляций неустойчивых больших вихрей, одновременно фиксируя мгновенную скорость,вихревость, и температурных полей.

Типичные структуры, такие как вихревые улицы Кармана и вихревые подковы, идентифицируются с помощью Q-критерия, а для получения числа Нуссельта, числа Эйлера,и число Струхаля, преобразуя "невидимые" вихри в количественно измеряемые и сопоставимые показатели эффективности.

Результаты показывают, что уменьшение поперечного толщины трубки увеличивает скорость потока и значительно увеличивает частоту сброса вихря,улучшение теплопередачи более чем на 30%, но удвоение сопротивления потокуУвеличение продольного толщины трубы позволяет вихрям полностью развиваться и соединяться, увеличивая передачу тепла почти на 50% при ограниченном увеличении сопротивления.увеличивает интенсивность вихря, и тем не менее уменьшает падение давления, представляя благоприятную тенденцию "чем меньше сопротивление, тем меньше, лучше передача тепла".

Дальнейшее сравнение между локальными структурами вихрей и поверхностным тепловым потоком показывает, что области сброса вихрей демонстрируют равномерные температурные градиенты и высокие локальные нуссельтовые числа,В то время как регионы без вихрей показывают высокотемпературные "горячие точки"., что может вызвать концентрацию теплового напряжения и раннюю усталость плавников.

Данный вывод непосредственно объясняет основную причину местных трещин и деформаций, наблюдаемых в пучках полевых труб, и обеспечивает критерий для последующей оценки безопасности.На основе 216 наборов данных ортогонального моделирования, исследование предлагает бесмерные корреляции для Nu, Eu и St с точки зрения Re и трех геометрических параметров с отклонениями в пределах 10%,который может быть непосредственно встроен в программное обеспечение для выбора инженерных характеристик для быстрого прогнозирования производительностиКонкретные формы:

Результаты не только заполняют пробел в механизме соединения "воротниковой теплоты" спирально-зубчатых плавников, но и обеспечивают многоцелевой путь оптимизации "улучшения теплопередачи, повышения эффективности теплоснабжения и повышения эффективности теплоснабжения".уменьшение сопротивления, и обеспечение безопасности" для таких приложений, как воздушно-охлаждаемые острова в тепловых электростанциях, нефтехимические воздухоохладители и охлаждение тяговых трансформаторов в высокоскоростных поездах.

Дизайнеры могут тонко настроить поперечный наклон для высокой теплопередачи, использовать продольный наклон для подавления пиков сопротивления и поочередно устанавливать расстояние между плавниками для устранения местного перегрева,достижение минимальных затрат на жизненный циклВ условиях двойного углерода данное исследование имеет значительный потенциал для сокращения энергопотребления системы охлаждения и повышения эффективности утилизации промышленного отработанного тепла.

В будущем она может быть расширена до различных зубных профилей, переменных плавников и смешанных рабочих жидкостей,непрерывное содействие развитию высокоэффективных технологий теплового управления.