變扭率扭旋葉片強化傳熱特性

張靜，米海英，李雅俠，張平，吳劍華

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變扭率扭旋葉片強化傳熱特性

張靜1,2，米海英2，李雅俠2，張平2，吳劍華1,2

（1天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072；2沈陽化工大學(xué)高?；せ旌霞夹g(shù)省級重點實驗室，遼寧沈陽 110142）

為探究扭旋葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)——扭率變化率Tv對管道換熱的影響，以水為介質(zhì)，在Tv =-5～5范圍內(nèi)，采用實驗和數(shù)值模擬方法研究了恒壁溫條件下流體的傳熱和阻力特性，并分析了綜合傳熱性能及強化傳熱機理。結(jié)果表明，沿流動方向Tv > 0的扭旋葉片安裝方式強化傳熱效果優(yōu)于Tv= 0，研究范圍內(nèi)Tv = 2.5時綜合強化傳熱比最高，相對Tv = 0平均提高5.0%。而Tv < 0 時強化傳熱效果劣于Tv = 0，應(yīng)避免此種葉片安裝方式。扭率的變化影響了流場結(jié)構(gòu)，當(dāng)Tv > 0時，在近1/2流動區(qū)域內(nèi)繞流旋渦的渦量和影響區(qū)域明顯增加，同時，在繞流旋渦流動區(qū)域，壓力、速度和溫度的三場協(xié)同程度得到提高，進而強化了換熱管道的傳熱效果。

扭旋葉片；扭率變化率；數(shù)值模擬；強化傳熱；場協(xié)同

引 言

在被動式強化傳熱技術(shù)中，盡管螺旋扭帶結(jié)構(gòu)[1-4]增加了管路壓降，但有效提高了傳熱效率，而且易于舊設(shè)備改造，因此，在管內(nèi)插入物強化傳熱過程中得到廣泛應(yīng)用。通過對不同長度單個扭帶強化傳熱效果的實驗研究表明[5]，短節(jié)螺旋扭帶（即扭旋葉片）在該類型換熱器強化傳熱過程中具有明顯優(yōu)勢，很多學(xué)者對扭旋葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)與管內(nèi)流動阻力和傳熱特性的關(guān)系進行了研究。從縱向渦角度出發(fā)，對含扭旋葉片的管道內(nèi)流場進行分析，運用混合效果作為評價參數(shù)，得到扭旋葉片的最佳扭轉(zhuǎn)角度為180°[6]。以長徑比為研究對象，對相鄰葉片旋向相反且錯開90°的管道傳熱和阻力性能進行評價，得出結(jié)論為長徑比越小傳熱系數(shù)越高，但阻力的增加倍數(shù)遠(yuǎn)高于傳熱系數(shù)的增加倍數(shù)[7-8]。為降低流動阻力，王楊君等[9]運用數(shù)值模擬的方法分析了相鄰葉片間隔對強化傳熱效果的影響。Saha等[10]對扭率沿流動方向逐漸增加的四節(jié)扭帶（單節(jié)扭率恒定）和相同結(jié)構(gòu)參數(shù)下扭率一致的扭帶進行研究，對比了阻力系數(shù)和傳熱系數(shù)的差異。在扭旋葉片成型加工過程中，有些葉片扭率變化較明顯，目前還沒有針對扭旋葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)——扭率變化率的相關(guān)研究。

為完善葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，本文提出了變扭率扭旋葉片結(jié)構(gòu)。對含多個扭旋葉片（扭率恒定）的管內(nèi)流場研究表明[6,11-13]，換熱管內(nèi)的流體在扭旋葉片作用下形成復(fù)雜旋渦，管道中心處形成近葉片表面強旋渦，葉片入口截面處有二次旋渦存在，壁面附近局部流體形成的旋渦軸線方向與葉片的螺旋方向相反被稱為繞流旋渦。渦流換熱強化理論提出多縱向渦可顯著強化管內(nèi)層流和湍流換熱[14]，扭率沿流動方向有規(guī)律地變化會影響管內(nèi)流場的多旋渦結(jié)構(gòu)，對換熱效果產(chǎn)生一定影響，合理地安裝和使用是對該類型強化傳熱結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用的有力補充。

為此，本文對恒壁溫條件下含有變扭率葉片的管道內(nèi)流場和溫度場進行計算，考察充分發(fā)展段葉片的變扭率參數(shù)對強化傳熱性能的影響，并基于多縱向渦強化傳熱理論分析變扭率葉片的強化傳熱機理。本文的研究結(jié)論為工程實際中變扭率扭旋葉片的設(shè)計和使用提供理論參考。

1 物理模型及數(shù)值模擬方法

1.1 物理模型

如圖1所示，本文的研究對象是含有扭旋葉片的換熱管道，管道入口和出口均保留0.102 m直管段。管內(nèi)含有10個扭旋葉片，含葉片區(qū)域管長= 1.020 m，扭旋葉片規(guī)格為：直徑= 0.068 m，長徑比AR= 1.5，厚度= 0.005 m，總扭轉(zhuǎn)角為180°，相鄰葉片間錯開90°。圖1(d)為圖1(c)中一個右旋葉片的放大圖，本文定義葉片不同截面對應(yīng)的局域扭轉(zhuǎn)角為

其中扭率變化率（twist ratio variation, Tv）定義為局域扭轉(zhuǎn)角在量綱1軸向長度上的二階導(dǎo)數(shù)

1.2 數(shù)值模擬方法

數(shù)值模擬的流動介質(zhì)為不可壓縮流體——水，采用 Realizable-湍流模型[15]，近壁面采用增強壁面函數(shù)。壓力和速度的耦合采用Simplec算法，動量和能量方程的離散運用二階迎風(fēng)格式。邊界條件設(shè)定如下：入口為速度入口，水溫285.15 K；出口為壓力出口；葉片表面為光滑無滑移壁面；換熱管道壁面為恒壁溫?zé)o滑移壁面，壁溫337.15 K，傳熱壁厚設(shè)為0.004 m，材質(zhì)為steel。

1.3 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格采用兩級分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格[16]，圖2為扭旋葉片網(wǎng)格拓?fù)鋱D。計算網(wǎng)格總數(shù)為127.3萬，其中軸向線網(wǎng)格數(shù)為102個，橫截面上面網(wǎng)格數(shù)為1040個。文獻[17]以及網(wǎng)格獨立性實驗表明，可以滿足計算精度的要求。

2 實驗驗證

2.1 實驗流程與方法

為了校核所選模型的可靠性，對換熱管道進行傳熱實驗。實驗測試的管道和扭旋葉片（選用Tv= 0）材質(zhì)均為不銹鋼，管長1.020 m（包含法蘭在內(nèi)，扭旋葉片與進出口對齊），其他尺寸結(jié)構(gòu)與模擬相同。

實驗流程如圖3(a)所示，測量時，先將冷水注入水箱和恒溫水槽，啟動恒溫水槽內(nèi)加熱器和循環(huán)泵進行加熱，調(diào)節(jié)溫控開關(guān)，控制水溫在337.15 K。啟動水泵，通過閥門調(diào)節(jié)流量，水箱中冷水經(jīng)水泵和流量計進入換熱管道。啟動水槽升降裝置，提升水槽，使換熱管置于恒溫水槽中。圖3(b)為啟動恒溫水槽升降裝置前實驗臺架在線測試圖片。

在換熱管進、出口的連接處分別裝有熱電偶T1和T2，熱電偶測溫點距離扭旋葉片進出口中心軸向距離約0.015 m，分別測量進、出口的水溫。差壓變送器P的測壓點距離進出口中心軸向距離約0.050 m，測量進、出口壓力差。

為保持恒溫水槽內(nèi)水溫恒定，水槽底部有3個加熱器和3個熱電偶，加熱器和熱電偶距離換熱管道外壁分別為0.030 m和0.005 m。熱電偶連接溫控開關(guān)，控制加熱器的工作狀態(tài)。恒溫水槽還配備循環(huán)泵，3個熱電偶溫差超過0.5 K時，自動啟動，小于0.1 K時，自動關(guān)閉，使槽內(nèi)整體水溫保持在（337.15±2）K。水槽下面設(shè)有升降裝置，用來控制換熱管道進入和脫離恒溫水槽。

2.2 實驗數(shù)據(jù)處理

實驗在入口Reynolds數(shù)= 2502～4170范圍內(nèi)測量，Nusselt數(shù)的計算式為

=m/(3)

式中，m為對流傳熱系數(shù)，m=/(D)，為換熱量，為壁面總傳熱面積，為恒壁溫對流傳熱溫度差，。

摩擦系數(shù)的計算式為

流體定性溫度定義為

2.3 數(shù)值模擬與實驗結(jié)果比較

測量結(jié)果與模擬結(jié)果的比較如圖4所示，通過計算得出，模擬與實驗的0相對算術(shù)平均偏差為3.74%，模擬與實驗的阻力系數(shù)0相對算術(shù)平均偏差為7.16%，說明采用 Realizable模型對該類型換熱器進行數(shù)值模擬研究流動和傳熱特性是可行的。

模擬與實驗存在一定的偏差，分析其原因在于：（1）從實測的壁溫數(shù)據(jù)看，恒溫水槽的水溫波動范圍在335.32～338.64 K之間；（2）盡管選擇記錄溫度的時間定在循環(huán)泵停止后30 s，但恒溫水槽內(nèi)還是存在流體流動，對近壁面溫度有一定影響；（3）由于恒溫水槽的尺寸限制，在測壓點兩側(cè)直接連接變徑彎頭，導(dǎo)致實驗阻力略高。

3 強化傳熱性能分析

3.1 傳熱性能及流動阻力

在= 2502～10008 范圍內(nèi)對換熱管道進行數(shù)值模擬，研究變扭率扭旋葉片對強化傳熱和流動阻力的影響。圖5和圖6給出了5種扭率變化率參數(shù)條件下管道的和隨的變化曲線。

從圖5中可以看出，在研究范圍內(nèi)，含不同扭率變化率扭旋葉片換熱管道的隨變化趨勢相同；隨扭率變化率的提高，在Reynolds數(shù)相同的條件下?lián)Q熱效果也有所提高；相對Tv = 0，Tv =-5和-2.5的平均下降2.88%和2.33%，而Tv = 2.5和5的平均提高1.02%和0.56%，說明Tv < 0的安裝方式傳熱系數(shù)的下降幅度大于Tv > 0的上升幅度。

從圖6可以看出，對于扭旋葉片扭率變化率不同的5種結(jié)構(gòu)，隨變化趨勢相同；扭旋葉片扭率變化率對流動阻力影響較大，隨扭率變化率的提高，在Reynolds數(shù)相同的條件下流動阻力降低；相對Tv = 0，Tv =-5和-2.5的平均增加6.76%和2.21%，而Tv = 2.5和5的平均下降1.93%和2.21%，說明Tv < 0的安裝方式摩擦系數(shù)的上升幅度大于Tv > 0的下降幅度。

3.2 綜合強化傳熱性能

通過對管道的傳熱和流動阻力與葉片扭率變化率相關(guān)性的分析，可以得出結(jié)論：Tv > 0的安裝方式可以在降低阻力的同時提高傳熱系數(shù)；相反，Tv < 0的安裝方式不僅降低了傳熱系數(shù)，同時也增大了阻力。為了更好地說明葉片的扭率變化率對換熱管道強化傳熱性能的影響，以Tv = 0為基準(zhǔn)，定義強化傳熱比，計算公式為

圖7分析了葉片的扭率變化率在不同Reynolds數(shù)條件下對強化傳熱比的影響。可以看出，Tv < 0的安裝方式，受Reynolds數(shù)的影響較大，隨著Reynolds數(shù)降低提高；在0≤Tv≤2.5區(qū)間內(nèi)，與Reynolds數(shù)無關(guān)；Tv > 2.5時，Reynolds數(shù)對影響較小。

對扭率變化率相同的強化傳熱比取平均值如表1所示。可以看出，在-5≤Tv≤2.5區(qū)間內(nèi)，強化傳熱比平均值為線性增長；Tv > 0的強化傳熱效果優(yōu)于Tv = 0；研究范圍內(nèi)，Tv= 2.5時，強化傳熱比最高，相對Tv = 0可以提高5.0%；Tv < 0的強化傳熱效果明顯降低，相對于Tv = 0，Tv=-5時強化傳熱比平均值下降14.0%。

表1 不同扭率變化率條件下強化傳熱比平均值

上述研究表明，改變扭旋葉片的扭率變化率對強化傳熱有一定影響，對于長徑比和總扭轉(zhuǎn)角相同的扭旋葉片，沿著流動方向Tv > 0的葉片安裝方式有利于強化傳熱，而Tv < 0不僅使傳熱系數(shù)下降，而且增加了阻力。在管內(nèi)布置變扭率葉片時，避免Tv < 0的安裝方式是強化傳熱設(shè)計和使用必須考慮的因素。

4 強化傳熱機理分析

對于換熱管而言，充分發(fā)展區(qū)域的流體流動、傳熱、混合等研究是設(shè)計的基礎(chǔ)。本文選擇10個扭旋葉片中間截面，計算其速度和溫度的面積權(quán)重平均值，如圖8所示。速度在第5～第8個葉片區(qū)域無變化，溫度從第3個葉片開始呈現(xiàn)線性遞增。說明在第5～第8個葉片區(qū)域內(nèi)，沿流動方向上的速度梯度值為零，溫度梯度值恒定。參考Shah等[18]對“充分發(fā)展對流換熱”的定義，在該區(qū)域內(nèi)，對流換熱處于充分發(fā)展階段。同時參照文獻[19]，取第7個葉片所在區(qū)域流場為充分發(fā)展段，并選擇Tv=-2.5，0，2.5為例，分析扭率變化率對強化傳熱的影響機理。

研究表明[20]，扭旋葉片強化傳熱機理是由于縱向渦的旋轉(zhuǎn)，提高流體的徑向流動，對換熱壁面形成強烈沖刷。為此，本文首先從多縱向渦角度分析扭率變化率結(jié)構(gòu)參數(shù)對速度場的影響，進而運用場協(xié)同理論分析強化傳熱機理。

4.1 多縱向渦分析

圖9為Tv =-2.5，0，2.5三種葉片結(jié)構(gòu)第7個扭旋葉片流體區(qū)域內(nèi)多個橫截面[位置如圖1(d)所示]上流線圖。

對圖9中3種葉片結(jié)構(gòu)進行比較如下：在入口和出口處流線結(jié)構(gòu)類似；3種結(jié)構(gòu)在1/6截面處流線均形成5個旋渦結(jié)構(gòu)；2/6、3/6和4/6三個截面處均形成3個旋渦結(jié)構(gòu)；5/6截面為單個旋渦結(jié)構(gòu)。

4.2 渦量分析

從圖9可以看出，2/6、3/6和4/6三個截面上的流場差異明顯，主要反映在繞流旋渦對流場的影響區(qū)域和旋渦強度兩個方面。定義渦量為繞流體微團中心剛性旋轉(zhuǎn)的二倍角速度值，對Tv =-2.5，0，2.5三種葉片結(jié)構(gòu)在2/6、3/6和4/6三個截面上的渦量分布進行研究，如圖10所示。

對相同扭率變化率不同截面位置比較如下：Tv=-2.5[圖10(a)、(d)、(g)]、Tv = 0[圖10(b)、(e)、(h)]和Tv = 2.5[圖10(c)、(f)、(i)]3種葉片結(jié)構(gòu)，繞流旋渦的影響均沿流動方向逐漸減弱，其中Tv =-2.5葉片結(jié)構(gòu)，繞流旋渦沿流動方向衰減最快，而Tv = 0的葉片結(jié)構(gòu)繞流旋渦的強度和影響范圍小于Tv = 2.5葉片結(jié)構(gòu)。

對不同扭率變化率相同截面位置進行比較，隨著Tv的增加，繞流旋渦在管壁附近影響范圍和強度均增大。對截面上的渦量面積權(quán)重平均值進行計算，2/6截面對應(yīng)圖10(a)～(c)的渦量接近，分別為13.57、13.59、13.59；3/6截面對應(yīng)圖10(d)～(f) 的渦量分別為12.28、12.72、12.93；4/6截面對應(yīng)圖10(g)～(i) 的渦量分別為11.38、12.24、12.82。

分析其原因在于，Tv < 0的葉片結(jié)構(gòu)局域扭轉(zhuǎn)角由大變小，流體在葉片入口附近高扭曲結(jié)構(gòu)的影響下，繞流旋渦的強度迅速下降。而Tv > 0的葉片結(jié)構(gòu)局域扭轉(zhuǎn)角由小變大，繞流旋渦受流道作用逐漸增強，強度和影響范圍大于Tv ≤ 0的葉片結(jié)構(gòu)。

4.3 速度與溫度場協(xié)同分析

速度場和溫度梯度場協(xié)同原理[21]是一種強化傳熱理論。本文定義速度與溫度梯度場協(xié)同參數(shù)為

=·?=|||?|cosT(7)

式中，為速度向量，?為溫度梯度向量，T為速度與溫度梯度的夾角。研究表明[14]，T值越小，速度與溫度的場協(xié)同程度越好，強化換熱效果越好。

對第7個扭旋葉片區(qū)域間隔0.006 m做橫截面，圖11為速度與溫度梯度夾角T在截面上面積權(quán)重平均值沿軸向分布圖。Tv =-2.5, 0, 2.5 三種結(jié)構(gòu)參數(shù)下第7個扭旋葉片區(qū)域的速度與溫度梯度夾角平均值分別為66.63°、65.55°和64.21°，說明在充分發(fā)展段速度與溫度場協(xié)同程度隨著扭率變化率的增加得到提高。

從圖11可以看出，3種結(jié)構(gòu)參數(shù)葉片的T在1/6截面附近有最小值，在4/6截面附近有最大值；在0～1/6區(qū)域內(nèi)，由于Tv =-2.5結(jié)構(gòu)參數(shù)的葉片在入口附近局域扭轉(zhuǎn)角較大，多縱向渦結(jié)構(gòu)受其影響，強化傳熱效果明顯，場協(xié)同程度也較好；在1/6～4/6區(qū)域內(nèi)，在計算截面上Tv = 2.5的T比其他兩種結(jié)構(gòu)參數(shù)的葉片都低，這與圖10中2/6、3/6和4/6截面上的渦量分布有直接關(guān)系，說明繞流旋渦的增強能夠提高溫度與速度的場協(xié)同程度；在5/6～1區(qū)域內(nèi)，單縱向渦結(jié)構(gòu)的場協(xié)同程度差異不大。

從傳熱的角度看，繞流旋渦對速度與溫度場的協(xié)同程度影響較大，集中在1/6～4/6區(qū)域內(nèi)，提高繞流旋渦的渦量可以提高溫度與速度的場協(xié)同程度，達(dá)到強化傳熱的目的，即沿流動方向Tv > 0的扭旋葉片安裝方式可以提高接近一半葉片長度的速度與溫度場協(xié)同參數(shù)，對傳熱系數(shù)的提高起到?jīng)Q定性作用。

4.4 壓力與速度場協(xié)同分析

速度和壓力梯度的場協(xié)同參數(shù)定義為壓力降梯度的做功率，對于無外力做功，不可壓縮理想流體而言，流體流動的動能方程中壓力降梯度的做功率為

=-·?=-|||?|cosP(8)

式中，?為壓力梯度向量，P為壓力梯度與速度的夾角。在換熱強化基本相同的前提下，何雅玲等[22]提出增大壓力梯度和速度的夾角，可以改善壓力和速度的場協(xié)同性，從而減小壓降的增大，實現(xiàn)較小壓降下獲得較高的換熱性能。

圖12為壓力梯度與速度夾角P在截面上面積權(quán)重平均值沿軸向分布圖。在第7個扭旋葉片區(qū)域，Tv =-2.5, 0, 2.5 三種結(jié)構(gòu)參數(shù)壓力梯度與速度的夾角平均值分別為39.72°、44.49°和47.67°，說明在充分發(fā)展段壓力與速度的場協(xié)同程度隨扭率變化率的增加也得到提高。

從圖12可以看出，3種結(jié)構(gòu)參數(shù)葉片在1/6～2/6截面中間P有極小值，在4/6截面附近有極大值；在0～4/6區(qū)域內(nèi)，Tv = 2.5的P值比其他兩種結(jié)構(gòu)都高，說明在該區(qū)域內(nèi)壓力與速度的協(xié)同程度更好；在4/6～1區(qū)域內(nèi)，Tv = 2.5比其他兩種結(jié)構(gòu)都低，但P值差異明顯下降。

從流動阻力的角度看，Tv > 0的葉片安裝方式，前2/3段葉片局域扭轉(zhuǎn)角較小，由于多個縱向渦的參與，使得該段壓力與速度場協(xié)同程度差異加大；而后1/3段，Tv > 0的局域扭轉(zhuǎn)角比其他兩種葉片結(jié)構(gòu)都大，提高了流場阻力，但由于該段流場是單縱向渦結(jié)構(gòu)，壓力與速度場協(xié)同程度差異并不大。沿流動方向Tv > 0的扭旋葉片安裝方式，2/3葉片長度范圍內(nèi)多縱向渦區(qū)域?qū)?yīng)的局域扭轉(zhuǎn)角小，提高了壓力與速度的場協(xié)同參數(shù)，有利于降低流動阻力。

5 結(jié) 論

本文研究了扭旋葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)——扭率變化率對換熱管道傳熱和阻力性能的影響，為該類型換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的進一步完善提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并基于多縱向渦場協(xié)同理論分析了強化傳熱機理。具體結(jié)論如下。

（1）沿流動方向扭率變化率Tv > 0的葉片安裝方式傳熱強化效果優(yōu)于Tv< 0；Tv = 2.5 時強化傳熱比最高，相對Tv = 0提高5.1%；Tv< 0的葉片安裝方式均低于Tv = 0，應(yīng)避免此種葉片安裝方式。

（2）在Tv =-5～-1.25區(qū)間，隨著Tv線性遞增，并隨著提高而降低；在Tv = 0～2.5區(qū)間，線性遞增，與無關(guān)聯(lián)性；在Tv = 2.5～5區(qū)間，變化不大，與的關(guān)聯(lián)性較小。

（3）沿流動方向Tv > 0的葉片安裝方式，在繞流旋渦區(qū)域充分利用多縱向渦特性，使葉片約一半的流動區(qū)域內(nèi)速度和溫度場協(xié)同性得到提高，同時，該區(qū)域?qū)?yīng)的局域扭轉(zhuǎn)角較小，壓力和速度場協(xié)同性也得到提高，對強化傳熱起到?jīng)Q定性作用。

符 號 說 明

D——扭旋葉片直徑，m F ——速度與溫度梯度場協(xié)同參數(shù) f——摩擦系數(shù) L——含葉片區(qū)域管長，m N——壓力梯度與速度場協(xié)同參數(shù) Nu——Nusselt數(shù) P——壓力，Pa Re——Reynolds數(shù) S——傳熱面積，m2 Tv——扭率變化率 t′,t″——分別為換熱管道入口和出口溫度，K tf——流體定性溫度，K tw——換熱管道壁面溫度，K uin——換熱管道入口速度，m·s-1 Z——量綱1軸向長度 βP——壓力梯度與速度場協(xié)同角，(°) βT——速度與溫度梯度場協(xié)同角，(°) η——強化傳熱比 θ——局域扭轉(zhuǎn)角 λ——熱導(dǎo)率，W·m-1·K-1 ρ——流體密度，kg·m-3 下角標(biāo) 0——Tv = 0 結(jié)構(gòu)

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Characteristics of enhanced heat transfer of twisted elements with varying twist ratio

ZHANG Jing1,2, MI Haiying2, LI Yaxia2, ZHANG Ping2, WU Jianhua1,2

(1School of Chemical Engineering & Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2Engineering & Technology Research Center of Liaoning Province for Chemical Static Mixing & Reaction, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142, Liaoning, China)

The purpose of this paper is to investigate the heat transfer performance of the tubes with twisted elements at different twist ratio variation Tv. On the constant wall temperature boundary condition, the characteristics of heat transfer and pressure drop are investigated experimentally and numerically. Tv are within the scope of-5—5 and water is used as working fluid．The comprehensive heat transfer and heat enhancement mechanism are analyzed at differentTv. The results show that the condition of Tv > 0 along the flow direction is superior to the condition of Tv = 0. The average heat transfer enhancement ratio of Tv = 2.5 is 5.0% higher than that of Tv = 0. However，the heat transfer effect of Tv < 0 is inferior to Tv = 0, and thus the layout should be avoided. The flow field structures are altered by the change of the twist ratio of the elements. For the case of Tv> 0, the vorticity and the action range of the detour-flow vortex within more than half of the element area are improved significantly with the increase of Tv. At the same time the coordination of pressure, velocity and temperature fields is improved and heat transfer is enhanced accordingly.

twisted element；twist ratio variation；numerical simulation；heat transfer enhancement；fields coordination

date: 2016-04-15.

Prof. WU Jianhua, syhgdx_wjh@163.com

10.11949/j.issn.0438-1157.20160493

TK 124

A

0438—1157（2016）12—4951—08

國家自然科學(xué)基金項目（51506133）；遼寧省教育廳一般項目(L2014165)。

supported by the National Natural Science Foundation of China (51506133) and the Foundation of Liaoning Educational Committee (L2014165).

2016-04-15收到初稿，2016-07-05收到修改稿。

聯(lián)系人：吳劍華。第一作者：張靜（1971—），女，博士研究生，副教授。