种强化太阳能换热的新型涡流发生器换热机理与实验研究周国兵张于峰齐承英气王艳1.天津大学坏境科学与工程7院。天津00722.；1北工1上大学能涡，环境工程学院。天；13132.研宄及机理分析。在雷诺数为4，00 38000的紊流范围内对矩形风道内分别布置单排对直角角翼矩形翼梯形翼斜截半圆柱体斜截半椭圆柱体等润流发生器的强化传热效果和压降特性进行了对比实验。实验在稳态的气水逆流换热方式下进行，并固定各涡流发生器的高宽比为12，该迎流攻角为6.结果明，斜截半椭圆柱体是具有优越的强化气侧换热效果和低压降特性的新型涡流发生器。该对这种新型涡流发生器强化换热的机理作了初步分析。　　利用涡流发生器诱导涡旋来减薄或破坏流体边界层及层流底层，是种强化气侧换热的有效途径该方法因其不需直接利用外部能量近年来备受关注。许多工作者对些翼吧和柱型涡流发小器的强化传热效果和压降特性进行了研究13但这鸣涡流发生器或阻力损失较人货型1.或强化传热效果不好，综合性能并不令人满意。本文对种新型涡流发生器斜截半椭圆柱体，在办=400038000的紊流范围内与其它翼型涡流发生器进行对比实验，并对其强化换热的机理及流阻特性作初步分析，得到了较优良的结果。实验热水采用与太阳能热水相当的701温度，通过加装涡流发生器的铜平板来加热中气。以模拟人阳能热尸燥机和空气集热器的换热过程。　　1实验系统与方案24，2.41以的紫锏板为换热板进行气水逆流换热。作空气迸出和热水进出门布置铠装钔路铀热电偶测温，水侧铜板开细槽埋设经过标定的肺康铜热电偶21个，以测曼壁血皮，测温数据由34970人数据采集系统采集。涡流发生器用耐温胶固定在气侧铜板前部，方位2.空气流速用2人热线风速仪测量，水流量用28型转子流量计测量，在实验段的进出口布置测压孔，用12000倾斜式微压计测量压力损失。实验分别对单排对直角角翼矩形翼梯形翼斜截半圆柱体斜截半椭圆柱体后者斜边倾角，20和12及无涡流发生器的平直流道在雷诺数办=400038000范围内的7种工况下进行对比实验，涡流发生器外形分别3.所有涡流发生器固定高度=35高宽比6=12，迎流攻角良605，涡流发生器对前沿间距为。1前沿趴实验段1无量纲距离均为=0.12.控制实验段热水进口温度为70±代。为减少实验误差，根据空气侧不同雷诺数调节水侧流量在120260内变化。实验在稳定工况下进行。　　收稿日期20020，06 9电子微风仪；10.出口稳定段风量调节阀；12.引风机；13.可调温燃气锅炉；14.水管道，20；15.水量调节阀；16.进口水温热电偶；17.保温层；18出口水温热电偶；19.转子流量计；20.水泵2实验结果根据空气和热水的进出口温度，可计算水侧放热量和气侧吸热量，Q1O2Q15时，认为工况达到稳定。可计算局部对流换热系数0；=721.2；彡及均努谢，1数九式中21小2为，处气侧壁温根据测得壁温修阳和空气温度热流密度，=+.队为遣直仫叫平均付流换热系数，取局部换热系数0的平均值。对比性实验的结果47所不。　　部换热系数沿流的变化情况，流逝内布置各柬流发生器后，局部换热系数均大厂无满流发生器的平汽流道。并且迮7.= 0.22处涡流发生器出现突起，这明涡流发生器对换热的强化作用。斜6000时，斜截半圆柱体要好些。6是办=400038000时平均心数与办关系，同样明斜截半椭圆柱体和矩形翼强化传热的效果*好，平直流道+直角州陪梯形3=201梯形3=2.矩形翼斜截圆柱3=20斜截柱3=12.十斜截椭65柱3=2，截半椭圆柱体的强化传热效果*好，*高局部换热4各涡流发生器局部换热系数沿流向分布尺6=6000系数价；=600是，直瓶迅的2.8首Re≈F且平均斤数随着雷诺数办的增加而增大*高平均，数是平直流道时的1.4倍，7体现了涡流发生器的压降特性。矩形翼的阻力损失*人。　　斜截半圆柱体和斜截半椭圆柱体的阻力损失却很小。=38000时矩形翼的阻力损失为平直流道的8.5倍，而斜截半椭晷柱体的阻力损失仅为平直流道的2.4倍。实验结果描述了斜截半椭圆柱体涡流发生器优越的强化传热效果和低压力损失的特性。　　平直流道4葭角汴翼梯形32，斜截阅柱口斜截椭圆柱。　　系数沿流向分布办=38000直角角璀斜截，柱3=2，平直流道，角配+矩形翼+斜截，柱20.斜截脚柱⑴。斜截椭晷柱20.斜截椭圆柱21 3斜截半椭圆柱体强化换热的机理分析斜截卞柳柱体优越的强化换热特性来自于其将端部流向涡和和马蹄涡系的有机结合。首先，与其它柱型涡流发生器样。其前沿滞止边界使得来流速度头转化为压力头。从而柱前形成逆流4竖向及横向压力梯度8，逼近边界层中的剪应力被这种压力梯度扭曲发生边界层维分离卷起，1叫的部外部延伸，形成马蹄汹系网9.同时，流体流过斜截半椭圆柱体顶部时，在柱前后方压差的作用下类似于翼型涡流发生器产生强烈的端部涡旋，沿流向呈螺旋形向下游运动9.在定攻角下，端部涡和马蹄涡呈现维特性。　　怙形。端部涡靠近边界的边。尺度和涡强大些8马蹄涡产生于的根部，位聊较低，尺度小；尺尺度端部涡将环垃馈给小尺度马蹄泥。有利于马蹄涡存活期的延长。这两种涡旋的共同存在和相互作用，方面增加了涡的总体强度，方面扩展涡旋横向和纵1的影响区±或，极大地促进主流区和传热壁面流体的动量和能量交换。若通道内38000布置2所本的对斜截半椭圆柱体涡流发生器，lis lerfifecl，tl则产划向旋柳勺端嗔偶旋对和蹄料讨即。　　限制，其数量少，尺度小，涡强弱，沿流向衰减得快端部涡和外侧马蹄涡对数目多。涡强大。生命力强。这些涡旋壁面以及彼达之间复，地相互作用，吸卷流体进入边界层。加强了气流的混含与扰动，有效地减沌成破坏边界，从而减小了传热热阻。不仅如此，斜截半椭圆柱体斜边的存在产生的端部纵向涡，有效地消除柱后回流滞止区的影响，弥补了般柱型涡流发生器的缺陷。而使换热效果大大增强。　　斜截半椭晷柱体的流线喂柱面使形状阻力大为减小，这是其压降远小于矩型翼的原因所在。斜截半椭圆柱体综合了翼型和柱型涡流发生器的优点，并克服各自的不足，将端部涡和马蹄涡有机地结合起来，而具有优良的强化传热性能和低压降特性。斜截半椭圆柱体比斜截半，柱体效果好。是由于其前沿滞止面的曲率半径比后者大，使得前后压差及压力梯度比后者要大，而产生的端部涡和马蹄涡强些的缘故。　　从4和5还可以看出在翼型涡流发生器中。矩形翼的强化换热效果，好是山于在相同宽比条件下。矩形翼前后的压差较人而产生的端部纵向涡旋*为强烈，这与前人的结果相同9.梯形翼斜截半圆柱体斜截半椭圆柱体各祸流发生器斜边倾角为，=2戊比，=12时的换热效果要好，这应1因于迎流而积变化+大时，=20的斜边要氏些。产生的端部汹数垃多。芥旰对回流冈的扰动要人些。　　4结论壁面通过对不型式的涡流发生器在强化换热效果和压降特性方面的对比实验研宄，得出主要结论如下斜截半椭圆柱体比翼型涡流发生器强化换热了影响区域，消除了柱后回流区对换热的负作用。　　流体经过斜截半椭圆柱体的阻力损失比翼型祸流发生器尤其是矩形翼要小得多，从耗能的角度来说，经济得多。根源于它的流线咽柱面。　　31斜边的存在和前沿柱面1率的大小。对斜截半椭圆柱体的强化传热性能起着帘，的作用。　　4斜截椭，柱体是强化换热效果好，低阻力损失的种了效的新型涡流发生器。