换热器作为工业领域广泛应用的设备,其传热性能的提高对能源的高效利用和节能减排有着重要的意义,螺旋纽带作为一种结构简单、实用性强的管内插入式元件,具有强化换热与防垢的双重性能,非常适用于对现有设备的技术改造。本文将数值模拟和实验研究相结合,参考实验要求建立了光管和内置螺旋纽带管两个数值模型,在湍流情况下(Re=5000~30000),采用FLUENT 17.0对光管和内置螺旋纽带管进行了传热特性和阻力特性的数值模拟,并将相同工况下两者的计算结果进行对比,分析内置螺旋纽带管的强化传热性能、阻力特性以及综合传热性能PEC。得到结论如下:相同雷诺数Re下,内置螺旋纽带管努塞尔数Nu比光管要高出33%~60%,内置螺旋纽带管在传热性能方面要明显优于光管;阻力系数1)方面,相同雷诺数Re下内置螺旋纽带管比光管要高出167%~205%,内置螺旋纽带管内的流体阻力明显大于光管;在模拟的雷诺数Re范围内,内置螺旋纽带管PEC随雷诺数Re增大呈下降趋势,在雷诺数Re=5000~20000时,PEC值介于1.0~1.1之间,综合传热性能较好。为优化螺旋纽带的结构参数,后续进行了三种扭率下(Y=1,2,3)内置螺旋纽带管的数值模拟,结果表明扭率Y=2时螺旋纽带的综合传热性能较好。搭建了换热器综合性能实验平台,采用自转螺旋纽带装置作为强化换热元件,换热器设计为中温水-水换热,实验参数设定参考某矿企职工洗浴热水换热系统。首先,在冷态实验条件下对螺旋纽带装置的旋转情况进行了测试,得知:当仅有一根装有螺旋纽带装置的换热管允许水流通过时,流速为0.4m/s时,螺旋纽带能够实现旋转,并且流速越大,纽带旋转速度越快;当换热器内七根换热管均装有螺旋纽带装置时,测得当管侧流速为1.11m/s时,换热器内所有纽带均能实现连续旋转。本次测试为自转螺旋纽带装置的实际应用提供了一定的参考。实验重点是对光管换热器和装有自转螺旋纽带换热器的传热系数k及压降ΔP的测定,根据实验结果绘制了两种装置在相同工况下的传热系数k及压降ΔP随流速v的变化关系曲线,通过数据的对比分析得到如下结论:装有螺旋纽带装置的换热器在纽带的扰流作用下,传热性能得到了大幅提高,在实验流速为1.5m/s时,对比光管换热器其传热系数可提高近一倍;加装螺旋纽带装置强化传热的同时也会增大流体在换热器内的流动阻力,在实验流速范围内,内置螺旋纽带换热器压降值比光管换热器高出近一倍。