基于斐波那契螺旋线公羊角形内肋片的管内传热强化数值研究

《Energies》：Numerical Investigation of Heat Transfer Enhancement Using Novel “Ram-Horn” Internal Fins in a Tube

　　大多数被动式换热器管插入件仅通过大幅增加摩擦来提高努塞尔数，而关于肋片插入件的研究通常集中于工厂设备中使用的低湍流雷诺数。在本研究中，我们对一种分支半径遵循斐波那契螺旋线的公羊角形内肋片进行了数值研究，该肋片安装在25 mm内径的铜管中，并使用计算流体动力学软件（ANSYS FLUENT 2026）结合共轭传热进行求解，雷诺数范围为Re = 10,000–100,000。分别单独改变肋片数量（N = 4、6、8）和茎高-直径比（s/D = 0.06、0.08、0.1），以考察它们对努塞尔数（Nu）、摩擦因子（f）和热保持值的影响。工作流体为水，入口温度为350 K、压力为4 bar，并施加50,000 W/m2的外壁热通量。进行了网格无关性和湍流粘度比敏感性分析，结果支持采用SST k–ω湍流模型。光管结果接近Petukhov摩擦因子关联式，并与Dittus–Boelter关联式吻合良好，从而验证了光管工况的准确性。结果表明，所提出的角状肋片将相干涡流钉扎在壁面上，增加了肋片附近的湍流动能。热性能因子在（N = 6、s/D = 0.06、Re = 80,000）时达到峰值1.46，此时努塞尔数比光管高出110%；流体保持的热量也增加了14%。恒泵功率分析表明，在所有肋片管工况中，最大传热改善为28%。多元回归分析得出了Nu、Re、Pr、s/D和N之间的关联式，其决定系数R2 = 0.992。