综述：利用螺旋线圈插入增强双管换热器的热性能

这篇综述系统探讨了螺旋线圈（wire coil）作为被动强化元件在双管换热器（DPHX）中的应用，通过分析几何参数（如螺距比P/d、直径比d/Do）、流动条件（雷诺数Re）及混合增强技术（如纳米流体、电磁振动），揭示了其提升努塞尔数（Nu）达590%的潜力，同时指出摩擦因子（f）增加2-7倍的权衡。研究强调了热性能因子（TPF>4）的优化策略，为工业换热设计提供理论参考。

　　

背景与热增强机制

双管换热器（DPHX）因其结构简单和耐高压特性，广泛应用于化工、能源等领域。其热性能提升的核心在于破坏热边界层，而螺旋线圈作为被动强化元件，通过诱导旋流和周期性流动分离实现这一目标。研究表明，线圈几何参数如螺距（P）、线径（d）与管径比（P/D_o）显著影响湍流强度，其中低螺距比（P/d<1.5）可提升努塞尔数（Nu）达400%，但伴随摩擦因子（f）上升6.5倍。

线圈几何与性能关联

螺旋线圈的优化设计需平衡热增益与压降。例如，线径比d/D_o=0.1时，Nu提升126%，而TPF峰值1.36出现在P/D_o=0.625的配置中。数值模拟（CFD）中SST k-ω湍流模型对涡流的捕捉误差<10%，验证了线圈诱导的二次流对径向混合的促进作用。

混合增强技术的突破

结合纳米流体（如Fe₃O₄-水）与线圈可协同提升热导率，Nu增幅32%；而电磁振动等主动技术更将TPF推至4.18。特别地，锥形线圈（D型）通过渐变截面积设计，使Nu提升58%，熵产降低52%，展现了几何创新的潜力。

外管应用的挑战与机遇

外管线圈（如U型弯曲DPHX）虽能提升Nu达280%，但压降剧增限制了其普适性。实验显示，脉冲流动下外管线圈的Nu可激增1270%，但需承受8.7倍的f值增长，提示需针对高雷诺数（Re>20,000）工况定制设计。

未来方向

亟待探索的领域包括：1）增材制造定制化线圈结构；2）机器学习辅助的多目标优化；3）纳米流体-线圈耦合的长期腐蚀行为。此外，过渡流区（2,000<>

结论

螺旋线圈通过扰动边界层和增强湍流，为DPHX性能提升提供了经济高效的解决方案。未来需聚焦于材料耐久性、系统集成及成本效益分析，以推动其工业应用。