Bu çalışma, sarmal gibi tırnaklı boru kümelerinden oluşan kanallar içindeki girdap ve ısı transferi özelliklerine odaklanmaktadır.farklı yapısal parametrelerin akış direncini nasıl sinerjik olarak etkilediğini ortaya çıkarmayı amaçlayan, ısı transferi yoğunluğu ve girdap dökme davranışı. Hedef, yüksek verimlilik, düşük direnç ve uzun ömürlü ısı değişim ekipmanları tasarlamak için teorik bir temel sağlamaktır.Helikal tırmıklı yüzgeçler hava soğutmalı ısı değiştiricilerinde yaygın olarak kullanılır, bacalar ve endüstriyel atık ısı geri kazanma sistemleri, yüksek kanat oranları, hafif yapı ve titreşim bastırmaları nedeniyle.

Bununla birlikte, önceki çalışmalar çoğunlukla makroskopik ısı transferi ve basınç düşüşü verilerine odaklanmıştır.İç girdap evrimi ile yerel ısı yükü dağılımı arasındaki ilişkinin sistematik bir şekilde anlaşılmamasıBu, tasarım sırasında yüksek ısı transferi performansını ve yapısal güvenliği dengelemeyi zorlaştırır.

Bu sorunu çözmek için, mevcut çalışma, üç boyutlu bir periyodik kanal modeli oluşturur ve çapraz tüp tonlamasını, uzunlamalı tüp tonlamasını ve yüzgeç aralıklarını anahtar değişkenler olarak seçer.10'dan itibaren yaygın olarak kullanılan Reynolds sayısı aralığını kapsar50'ye kadar.000SST k-ω türbülans modeli, deneylerle doğrulanmış, 1,2 milyon yapılandırılmış ızgara üzerinde, aynı anda anlık hızı yakalayarak, istikrarsız büyük girdap simülasyonları yapmak için kullanılır.Sertlik, ve sıcaklık alanları.

Kármán girdabı sokakları ve at nalı girdabı gibi tipik yapılar Q-kriterisi ile tanımlanır ve Nusselt sayısını, Euler sayısını,ve Strouhal numarası, "görünmez" girdapları ölçülebilir ve karşılaştırılabilir performans göstergelerine dönüştürür.

Sonuçlar, çapraz tüp yüksekliğinin azaltılmasının akış hızını arttırdığını ve girdap dökme sıklığını önemli ölçüde arttırdığını gösteriyor.Sıcaklık aktarımını %30'dan fazla artırır, ancak akış direncini ikiye katlarUzunlu tüp aracının arttırılması, girdapların tamamen gelişmesine ve yeniden bağlanmasına izin verir, bu da dirençte sınırlı bir artışla yaklaşık% 50 ısınma aktarımını artırır.Döngü yoğunluğunu arttırır., ve yine de basınç düşüşünü azaltır, "daha az direnç, daha az direnç, daha iyi ısı aktarımı" olarak olumlu bir eğilim gösterir.

Yerel girdap yapıları ve yüzey ısı akışı arasındaki daha fazla karşılaştırma, girdap dökme bölgelerinin tek tip sıcaklık eğimi ve yüksek yerel Nusselt sayıları sergilediğini ortaya çıkarır.Dönersiz bölgeler yüksek sıcaklıklı "sıcak noktaları" gösterir.Bu da ısıl stres konsantrasyonuna ve yüzgeçlerde erken yorgunluğa neden olabilir.

Bu bulgu, saha tüpleri paketlerinde gözlemlenen yerel çatlakların ve deformasyonların temel nedenini doğrudan açıklar ve daha sonraki güvenlik değerlendirmesi için bir kriter sağlar.216 adet ortogonal simülasyon verisine dayanarak, çalışmada, Re ve üç geometrik parametrede Nu, Eu ve St için, %10'un içindeki sapmalar ile boyutsuz korelasyonlar önerildi.Hızlı performans öngörüsü için mühendislik seçim yazılımına doğrudan gömülebilenÖzel formlar şunlardır:

Sonuçlar, sadece spiral derecede tırnaklı yüzgeçlerin "buğuk-sıcaklık" bağlantı mekanizmasındaki boşluğu doldurmakla kalmayıp, aynı zamanda "sıcaklık aktarımını artırmak,direnci azaltmak, ve yüksek hızlı trenlerdeki çekiş transformatörü soğutması gibi termal enerji santrallerinde hava soğutmalı adalar gibi uygulamalar için güvenliğin sağlanması.

Tasarımcılar, yüksek ısı aktarımı için çapraz tonlamayı ince ayarlayabilir, direniş zirvelerini bastırmak için uzunlamalı tonlamayı kullanabilir ve yerel aşırı ısınmayı ortadan kaldırmak için sırayla kanat mesafesini düzenleyebilirler.Minimum yaşam döngüsü maliyetlerinin sağlanmasıÇift karbon fonunda, bu araştırmanın soğutma sistemi enerji tüketimini azaltmak ve endüstriyel atık ısı geri kazanım verimliliğini artırmak için önemli bir potansiyeli vardır.

Gelecekte, farklı diş profillerine, değişken kesimli yüzgeçlere ve karışık çalışma sıvılarına genişletilebilir.Yüksek verimli termal yönetim teknolojilerinin geliştirilmesini sürekli teşvik etmek.