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四叶片式LPD静态混合器内湍流传热强化特性

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本文在雷诺数为2639～17599的恒热流边界条件下,通过实验和数值研究分析偏转角(α)、位错角(β)和间距比(l/D)三个几何参数对四叶片式LPD静态混合器内的换热和湍流流动特性的影响.采用速度场与温度场的协同性、对流换热系数和局部努塞尔数(Nulocal)等参数分析四叶片式LPD静态混合器内传热强化性能.结果表明:采用SST k-ω湍流模型预测四叶片式LPD静态混合器湍流流动和传热是可靠的;通过正交设计表和极差分析方法得到静态混合器的最优结构;随着α的减小混合器内速度场与温度场协同性逐渐增强;考虑到Re和α之间的耦合作用,提出在湍流条件下四叶片式LPD静态混合器的Nu和f的经验关联式;当叶片宽度与直径比(w/D)＜0.2时,PEC值最大.
Enhancement of Turbulent Heat Transfer in a Four-Bladed LPD Static Mixer
The influence of deflection angle(α),dislocation angle(β)and spacing ratio(l/D)on the heat transfer and turbulent flow characteristics in a Four-Bladed Low Pressure Drop(LPD)static mixer are analyzed experimentally and numerically under constant heat flux with Re=2639～17599.The synergy between velocity and temperature fields,convective heat transfer coefficient and local Nusselt number(Nulocal)were used to analyze the heat transfer characteristics in a Four-Bladed LPD static mixer.The results show that the SST k-w turbulence model has a good agreement in predicting the turbulent flow and heat transfer in a Four-Bladed LPD static mixer.The optimal structure of the static mixer is obtained by the orthogonal design and the extreme difference analysis.The synergy between the velocity field and the temperature field in the mixer gradually increases as the deflection angle decreases.Considering the coupling effect between Re and α,the empirical correlations of Nu and f for a Four-Bladed LPD static mixer under turbulent conditions are presented.The PEC reached the maximum when the ratio of blade width to diameter(w/D)was＜0.2.

static mixerheat transferfield synergy numberconvective heat transfer coefficientstructure optimization

禹言芳、宋睿、李毓、刘桓辰、孟辉波

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沈阳化工大学机械与动力工程学院,沈阳 110142

中国石油大学(华东)新能源学院,青岛 266580

静态混合器 传热 协同数 对流换热系数 结构优化

辽宁特聘教授计划国家自然科学基金资助项目辽宁省教育厅重点项目辽宁省教育厅重点项目青岛市自然科学基金辽宁省自然科学基金辽宁省自然科学基金沈阳市中青年科技创新人才计划中国石油大学(华东)引进人才科研基金资助项目

辽教函[2018]35号21476142LJKZ0429LJKMZ2022077323-2-1-236-zyydjch2022-MS-2902019-ZD-0082RC200032R20220113

2024

工程热物理学报
中国工程热物理学会 中国科学院工程热物理研究所

工程热物理学报

CSTPCD北大核心
影响因子：0.4
ISSN：0253-231X
年,卷(期)：2024.45(1)
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