套管换热器英文文献翻译

能量转换和管理98(2015)69-2015内容列表可以在科学指引爱思唯尔(世界领先的科技及医学出版公司)能量转换和管理/locate/enconmanhomepage日刊数值研究的一个创新设计翅片套管换热器与变量fin-tip厚度高级研究中心纯粹和应用数学(CASPAM)Bahauddin扎卡里亚正在搜索大学巴基斯坦68000年计算机科学、通讯卫星信息技术研究所、韦校园,Mailsi路，木尔坦路，韦巴基斯坦数学系,政府爱默生学院60700年木尔坦，巴基斯坦基础科学和人文、工程科技大学Bahauddin扎卡里亚正在搜索大学,木尔坦68000年，巴基斯坦文章历史：收到2014年11月12日接受了2015年3月11日2015年4月8日起网上关键词：翅片环空层流传热增强变量fin-tip厚度DG-FEM分析充分发展的层流对流换热翅片的一个创新设计套管换热器(DPHE)和纵向鳍的变厚度提示受到施加力传热速率边界条件研究。尖厚度控制的小费比底角作为参数的值从0到1对应于不同翅片形状不同的三角形和矩形截面。到作者的知识,这个参数是首次被引入文学。间断伽辽金有限元法(DG-FEM)从事目前的工作。的整体性能提出DPHE文章历史：收到2014年11月12日接受了2015年3月11日2015年4月8日起网上关键词：翅片环空层流传热增强变量fin-tip厚度DG-FEM2015爱思唯尔有限公司保留所有权利1.介绍随着技术的进步，传热工程的重要性增加，总有一个在这方面需要满足新的设计挑战了高性能传热特别是由于能源问题。通常，热交换器广泛用于这一目的。有很多技术，用来提高换热器的传热速率但最有效的其中之一是使用安装鳍。换热器的设计取决于许多特性即上浆、紧凑传热性能估算，经济方面和压降分析。目前的调查描述了数值研究的创新设计翅片套管换热器的变量fin-tip厚度。给出了相关文献在接下来的几个段落的部分。通过增加单管鳍，显著增强传热率已经达到［1-6］。一个简单的双套管换热器(DPHE)由两个同心管是一个探索几何。在这种热交换器，一个流体(热)流动的内管和其他(冷)通过两者之间的环空管道，都朝着相反或同一个方向。洛伦佐和安德森［7］提出了纵向翅片上的数据以图形形式双套管。克劳斯［8］独立开发的总体效率的表达式的环形区域(通过连接鳍技巧外管)DPHE。草丛和麻雀［9］提出的传热特性分析定期不同横截面的环°Taborek［10］提供了一个全面审查的平原和纵向翅片套管和多管。他概述了地区,条件、计算方法和turbu唁电参数与“剪切和扭转”和多管热交换器的两倍。Agrawal和森古普塔［11］报道增加翅片的传热速率环与周期循环鳍。Suryanarayana和Apparao［12］调查实验传热分析和DPHE抽运功率。李etal。［13］将显著提高传热在环形部门。他们充分发展湍流的数值进行调查。戈尔茨坦提出了一个全面审查相关的传热不同的热交换器相应的作者K.S.Syedetal。/能量转换和管理98(2015)69-2015AcDdpdzAcDdpdz2freeflowarea,mdiameteroffinnedannulus,mpressuregradient,Pa/mColburnj-factor,dimensionlesscjkfanglebetweenthecentrelineoftwoadjacentfins,radthermaldiffusivity,m2/sthermalconductivityoffluid,W/mKfluiddynamicviscosity,PasNuNusseltnumber,dimensionlessPhlengthofheatedperimeter,mSubscriptsPrPrandtlnumber,dimensionlessbbulkQ0uniformheattransferperunitaxiallength,W/mccross-sectionalrradialcoordinate,mhheatedparameterRdimensionlessradialcoordinate,dimensionlessHhydraulicdiameterRratioofradiiofinnerandouterpipes,dimensionlessioutersurfaceofinnerpiper1radialcoordinateofthefin-tip,mmpointofmaximumvelocityR1dimensionlessradialcoordinateofthefin-tip,dimen-outersurfaceofouterpipesionlesswsolidwallr；/；zcylindricalcoordinatesTtemperature,LCSuperscriptsUaxialvelocitycomponent,m/sUmaxmaximumaxialfluidspeedatacross-section,m/sdimensionlessquantityaanglebetweentheflanksoftwoadjacentfins,radoverbar()meanvalueb1fin-tip,halfangle,radb2fin-base,halfangle,rad几何图形。TarguiKahalerras使用多孔挡板和脉动流数值调查DPHE增强传热速率。Hadidi等人提出了一种新的设计方法基于帝国主义竞争算法最小化壳管式热交换器的成本。赛义德-［18］数值研究了矩形翅片的传热分析环的DPHE采用有限differ-ence法。在他的研究中，他认为两种类型的边界条件即恒定热流(H1)和均匀的壁温(T1)。他的调查显示，翅片高度和翅的数量是最有影响力的参数对整个努塞尔特数。Mazhar［19］,Syedetal。［20］和伊克巴尔Syed［21］扩展问题的考虑［18］ther-mally发达/开发和水动力地开发流。他们认为H1和T1类型的边界条件。他们采用有限差分法数值室内外。他们表明，轴向本地和压痕平均传热系数和热入口长度明显敏感翅片annu-lus的配置。Syed等。［22］认为前面的问题［18］，使用三角鳍相等的高度而不是矩形鳍H1边界条件。三角鳍有狭窄的顶部和更广泛的基础，因此，低成本和重量相比矩形鳍。他们进行数值模拟采用有限元方法而不是有限差分方法。调查报告说，通过安装三角鳍DPHE,增加传热可以达到177倍的无鳍的套管而相应的增加产品的范宁摩擦系数和雷诺数达到垂直稳定翼DPHE的40倍。通过这种方式,增强相对传热速率可以达到超过四倍对应的相对摩擦损失增加。赛义德等。［23］报道的最优配置与矩形翅片环鳍，根据实际和工业利益。伊克巴尔等。［24］数值研究的最优配置与抛物线鳍翅片环。他们利用信赖域方法和遗传算法为优化方法。Ishaq等。［25］被施行的数值模拟充分发展的层流强制对流流动通过环空三角鳍的套管换热器不同翅片高度恒定的传热速度边界条件。他们采用间断伽辽金有限元法(DG-FEM)的调查。他们很多情况下的实际利益指定值的鳍片的数量和大小的内管的组合两个翅片组的不平等的高度呈现最大传热系数。他们取得了63和61倍增加，努塞尔特数和j因子，分别比相应的摩擦系数增加。调查中使用的锥形纵向鳍(18、19)可能被视为长方形的双方的鳍被平行坐标曲线的极坐标系统及其两端由平等的坐标变量的差异。虽然这些鳍平等fin-basefin-tip角度,但基础和技巧的厚度取决于电弧长度可能显著不同的鳍尤其大的高度。因此，在极坐标下矩形翅可能明显狭窄的基础和广泛的技巧。这样一个形状和更广泛的在一个狭窄的基础可能不会充分利用更广泛的最高只能获得部分热量通过狭窄的基础。这种形状可能不利的在许多方面像成本、重量和压力损失。特别是当有更高和更薄的鳍小半径的内管，结构完整性也可能面临风险。另一个极端是三角鳍与更广泛的基础,并指出。针对这些问题，在目前的工作中，纵向鳍变量基地和最大厚度是由两个鳍角控制,base-angletip-angle。采取小费的比例底角作为参数，它可能有其值不同，从0到1,0对应于三角鳍，1上述提到锥形矩形翅片和在0和1之间的值对应于梯形鳍。到作者的知识，这个参数是首次被引入文学。这是目前工作的动机,fin-tip和底角的比例是调查作为一个重要的参数在设计DPHE纵向鳍。2.问题陈述和数学公式层流、稳定、水动力和热充分发展流动被认为是在纵向鳍的套管式热交换器安装在innerpipe的外表面。鳍截面可能在极坐标下矩形直边和fin-base顶部形成不同角度的圆弧。特殊情况指出上面的零角度将三角形截面。采取小费的比例底角作为参数,它可能把值从0到1的fin-tip角变化从零到fin-base角。零值的参数对应的三角鳍，1通常的矩形翅片等于base-和tip-angles在0和1之间的值对应于梯形翅片，翅统一安装内管的外围，是假定为无孔，直接和高导电。的假设没有轴向传导，没有粘性耗散和常数产权液体也被认为是在这里。H1型边界条件施加在墙内管。我们的目标是调查新引入的influ-ence参数的比值fin-tip底角的翅片DPHE的整体性能。该模型的截面DPHE和感兴趣的领域是无花果。1所示分别为1(a)和(b)。可以指出,b1fin-tip角的值从0变化到fin-base角b206b16b2因此06b1,b261.当b1/b2有价值为零，它对应于三角鳍,0<b1/b2<1,它对应于梯形翅片和b1/b2=1,它对应于矩形翅片。2.1控制微分方程动量和能量方程二维充分发展的层流采取以下形式在使用之前声明假设［26］:中定义的变量命名的地方。与上述相关的边界条件基本几何模型是：2.2无量纲模型无量纲模型，上面提到的问题是下面的介绍。要做到这一点，下面的无量纲变量被定义为：动量方程的无量纲形式相关的边界条件用无因次变量定义在动能。相关的无量纲形式的能量方程边界条件用无因次变量定义在动能。3■基于DG-FEM数值解间断伽辽金有限元法(DG-FEM)［27］被用来找到控制微分方程的数值解的问题，与他们相关的边界条件。DG-FEM是一个著名的高阶方法和适合获得高精度计算。该方法结合特性的有限元(FE)和有限体积方法(艘)。在这个技术，解决方法是近似在每个元素如铁但考虑不连续的基本接口(如图2所示)，一个基本的解决方案成为独立的相邻元素的解决方案。邻国之间的交互元素发生只有通过一些数值通量应用于元素指定的接口,它是那样选择，它确保DG-FEM的稳定性。这是一个由DG-FEM阵线拥有的特点。因为不连续的元素，界面和边界条件都是弱。在目前的工作，稳定的内部处罚(SIP)通量(后者描述)已经实施的元素。自执政方程式。(4)和(6)泊松方程,DG-FEM制定一个模型给出了泊松方程，将适用于所有的控制方程工作算法由生成网格在计算域，计算相关的向量和矩阵对应的执政的方程式。(4)和(6)和解决由此产生的代数系统。3.1网格独立性和结果验证在使用DG-FEM,两个非常重要的选择是多项式近似的程度和网格。hpre-fine-ment程序是用来达到这样的选择，在相当准确的解决方案与计算工作。的数值实验选择多项式近似的程度［25］要求详细描述二阶多项式近似显著可能被视为一个准确和计算有效的选择。展示网格独立性，两个网格粗和细,在计算域，生成三角形翅片的情况下,40%的环即翅片高度。DG-FEM建立数值验证的过程首先是确保通过比较计算结果与层流问题的解析解的环形区域没有鳍的套管换热器。根均方误差f再保险和v(第四节中定义)是0.008和0.001,分别。此外，目前的计算结果翅片套管换热器的热分析也验证的极端情况下矩形和三角形鳍可用的结果(18、22)。的比较表1和2所示。注意从表1根均方误差f和v分别为0.007和0.009,而对于三角鳍在表2的情况下，这些分别为0.093和0.009。上面的比较表明，数值结果从这项研究中获得匹配很好［28］中给出的分析解决方案和数值结果中给出(18、22)。4.结果与讨论目前数值调查集中在热淬火烈度分析翅片的变厚度环纵向鳍有提示。五个几何参数如翅片高度H半fin-base角b2,鳍M的数量比例内部和外部管道的半径R和fin-tip比fin-base角度bl/b2确定翅片环的配置。结果计算0:26H60:8,b2e{3l,5l}46米66b1,b261。目前的结果24日，0:056R60:5和0包括产品的摩擦系数和雷诺数，努塞尔特数和j因子,基于液压纪念章为特征长度。这里可能会注意到，当b1/b2的值是零,它代表三角鳍截面;当它是1,它对应于矩形翅片横截面，当0<b1/b2<1,它给梯形翅片横截面。图3（i-vi）显示速度轮廓（基于Eq。（3））从这些数据，以下的观察可能是:沿固体边界轮廓运行给现实的速度场，从而验证数学模型及其数值解过程;有速度梯度大的上部鳍和外管表面在相对较小的速度梯度内管的下部表面和鳍;有一个高速区和外管之间的连续两个鳍的封闭轮廓；fin-tip厚度增加,速度梯度的内管表面和下部鳍倾向于减少,显示提示扩张对流动的影响inter-fin间距,减少摩擦系数;b1/b2的变化似乎也影响高速区域的位置和范围。可能得出的结论是，在参数变化b1/b2似乎影响初级电流变量,取代高速度的速度场显著区域和湿周变化的速度梯度。显示了等温线的nd06b1,b261图4（i-vi）。等温线，低和高水平，分别对应于高和低的温度在视图定义的年代Eq。（3）,从这些数字以下观察可能画:有大温度梯度的上部鳍表明高对流虽然相对较小的温度梯度可能的内管表面和鳍的下部显示低对流率;与fin-tip增加厚度，内管表面的温度梯度和鳍的下部倾向于减少对流率;指出恶化外管表面附近的等温线形成圆弧指示低温地区由于翅片的温度分布的影响可以忽略不计。可能得出的结论是，在参数变化b1/b2似乎加热的热对流率显著影响周边竞争的方式。接下来，鳍角的比率的调查b1/b2在翅片双管换热器的整体性能。首先就是性能的措施,生产总值范宁摩擦系数和雷诺数f再保险，努塞尔特数v和伯恩j因子定义如下。皿!鼻产心 = [nil-ft-fl-4现在，所有配置的影响的调查参数特别是鳍角的比值b1/b2在上面提到的特点提出了一个接一个。图5显示了f对bl/b2重新绘制各种价值观的M"和H挡R%0:5和b2=3°。M=4f的曲线显示单调递行为的所有值H指示小数量的鳍,f是三角鳍最大(bl/b2=0)和最小矩形翼(bl/b2=1)irrespec-对他们的高度。这种行为可能起初显得不切实际随着增加b1/b2增加翅片表面区域的提示鳍，大速度梯度存在，应该反过来,增加摩擦系数。事实上，这增加摩擦系数被降低速度草一一反击居多dients下部的鳍和内管表面在图3中所示的速度轮廓。因此，净效果是这样小数量的鳍,f随b1/b2的增加。大值的曲线H显示更强依赖b1/b2比H较小值。th之一.因素负责这种行为可能是更大的速率更高的鳍的弧长增加而b1/b2.与越来越多的鳍从M=4M=12,f曲线显示Hnon-monotonic趋势=0.2,0.4,0.6,的高峰值f从b1/b2Re=0b1/b2=0.2,0.2,0.2。这是一个重要的发现有关in-tip厚度对最大压力损失的影响对应于各种翅片高度的最大值f再保险尚未由传统的三角形或鳍矩形形状。这non-monotonic行为受事实，通过增加fin-tipnum-指定的厚度ber的鳍(即。inter-fin间距)，上部的多少片的速度接近高区，因此增加了速度梯度的上部鳍;损失多少速度梯度发生在较低的鳍和的一部分内管表面;高速区域接近多少外管表面从而增加速度梯度表面。整体效果的变化在b1/b2-相抗衡荷兰国际集团(ing)行为的速度梯度的不同部分湿-泰德周边已经被这些反映f曲线。对H/0.8,f曲线单调减少保留行为的M=4和f的最大值发生在b1/b2=0。f的另一个独特的特性曲线M=12的f的赖再保险在Hhon-monotonic虽然是单调的M=4。M=20,f再保险的最大值一直在达到b1/b2=0,0.2,0.2,1H/=0.2,0.4,0.6,0.8,分别。一个戏剧性的效果开掘鳍一一的数量丹斯f再保险b1/b2的鳍可以表示为最高增加M12到20,f曲线H/=0.8单调递增,而不是单调减少在前面的情况下，已经从极端点b1/b2b1/b2=1=0。相反的极端点最短鳍,H/=0.2,已经从b1/b2=0.2b1/b2=0。这非f的单调依赖再保险在H/也普遍M=20。一个重要的发现对于non-monotonic依赖f的再保险在H不同价值观的b1/b2,开掘的顺序丹斯f的再保险在H较小数量的鳍(M=4)和大数量的鳍(M=20)是相同的对于这两种类型的传统的鳍(b1/b2=0,1)曲线不相交。然而，对于国际米兰-调解的鳍(M=12),它可能不是真的，订单依赖可能随b1/b2所反映的相交曲线对应于H/=0.2,0.4。从上面的讨论，它可能认为fin-tip厚度相对于其基础厚度已经被证明是一个重要参数的鳍设计考虑能量损失的最小化由于流体运动的摩擦效应。图中显示f曲线M=4和12,H/=0.4,0.6b2=3°。M=4,f的non-monotonic行为曲线””对b1/b2指定值为固定值R和Rb1/b2可能注意的人物。当H/0.4,f曲线"小和中型内管R%0:05;0:1;25，首先增加之后达到各自的峰值保持稳定或下降。然而，对于最大的内管"八R40:5,f曲线不断下降。R%0:05;0:1,triangu-”守护神鳍给最低摩擦损失而R25%;0:5,矩形翅片。通过增加翅片高度H/=0.6,f再保险曲线对b1/b2的行为仍然几乎相同没有改变的值b1/b2呈现最小摩擦的损失。当鳍的数量增加到M=12,f再保险曲线往往成为更多的水平显示鳍,f再保险与变化不显著不同翅片”顶端角不管R和H是什么。摩擦损失降至最低。然而,对于所有值的r.矩形翅片三角鳍可能优于矩形储蓄成本和重量非常轻微的摩擦损失增加。的以上行为可能被理解的事实指定fin-tip角，fin-tip的厚度增加时”或H/和R都增加了。在图7中,b1/b2的影响在努塞尔特数v是前置”介绍，对于指定值M和H当R%0:5和b2=3°。M=4,v单调下降的曲线值H大约相同的速度和显示几乎线性的b1/b2的依赖。显然三角鱼鳍给最大的热量传递系数为参数的值在这个数字。然而随着M的值增加到12日v曲线仅为H/=0.2保留了线性递减的行为,然而,在骗人蒙古包率在所有其他v曲线成为山峰在b1/b2=0.2,0.6和0.2,为H/=0.4,0.6和0.8替换有效。这是fin-tip厚度输入作为一个重要的地方设计参数对传热速率的增强。除了最短的鳍几乎是毫无用处的，所有其他的翅片高度达到最大传热系数在中间b1/b2的值，而不是它的极端值对应传统的鳍的形状。尤其是最高鳍呈现马克西怒顶锥角在底角的只有20%大节省成本、重量和摩擦损失com-缩减的矩形翅片。为进一步更高的价值(M=24),v曲线变化的峰的位置不同翅片高度。v曲线的主要国际米兰一一鳍仍然最高美国东部时间，峰值位于b1/b2=0.6。另一个重要的点这是指出，没有一个顶锥角对所有的数量是最优的鳍翅片高度。从上面的讨论一一可能得出的结论锡安的指定数量的鳍和翅片高度,适当的fin-tip厚度必须探索热交换器成本和节能。然而，对于所有值的r.矩形翅片三角鳍可能优于矩形储蓄成本和重量非常轻微的摩擦损失增加。的以上行为可能被理解的事实指定fin-tip角，fin-tip的厚度增加时”或H和R都增加了。在图7中,b1/b2的影响在努塞尔特数V是前置八介绍，对于指定值M和H挡R%0:5和b2=3°。M=4,V单调下降的曲线值H大约相同的速度和显示几乎线性的b1/b2的依赖。显然三角鱼鳍给最大的热量传递系数为参数的值在这个数字。然而随着M的值增加到12日V曲线仅为H产0.2保留了线性递减的行为，然而，在骗人蒙古包率在所有其他V曲线成为non-monotonic山峰在b1/b2=0.2,0.6和0.2,为H产0.4,0.6和0.8替换有效。这是fin-tip厚度输入作为一个重要的地方设计参数对传热速率的增强。除了最短的鳍几乎是毫无用处的，所有其他的翅片高度达到最大传热系数在中间b1/b2的值，而不是它的极端值对应传统的鳍的形状。尤其是最高鳍呈现马克西怒顶锥角在底角的只有20%大节省成本、重量和摩擦损失缩减的矩形翅片。为进一步更高的价值（M=24）,v曲线变化的峰的位置不同翅片高度。V曲线的主要国际米兰一一鳍仍然最高美国东部时间，峰值位于b1/b2=0.6。另一个重要的点这是指出，没有一个顶锥角对所有的数量是最优的鳍翅片高度。从上面的讨论一一可能得出的结论锡安的指定数量的鳍和翅片高度,适当的fin-tip厚度必须探索热交换器成本和节能。图8显示了M=v曲线4和12H/=0.4和0.6b2=3°。V曲线non-monotonic行为也许注意对b1/b2指定值的R和R固定值的b1/b2反映b1/b2的重要性。一一如何曾经的依赖Vb1/b2H和较小的值R是不重要的，而对于较大的值H和R,怒显示了相当大的变化与b1/b2尤其是M小和H/艮高。鳍的数量增加时，曲线往往成为较大的num-水平显示光通信鳍,怒不变化显著的变化fin-tip角，不管R是什么。然而，在大多数的曲线峰值V曲线可能会发现中间值b1/b2特别是与更多的更大的内管鳍（即。，R%0:5;M%12）。因此在con-b1/b2的重要性与内管的大小是显而易见的。传热系数的获得和fric——的响应一对失去fin-tip厚度变化,螺栓-简易爆炸装置在前面的讨论。然而,由于能源问题，设计师通常感兴趣的反式-测量获得的热量带系数相对于增加损失的压力梯度鳍的引入。这种方法所代表的是最好的表面流区域善良因子,