流体-固体結合条件におけるレイノルズ数Reが415 716～692 861の範囲内で交差スレッド熱交換管内の構造パラメータが伝熱と流動特性に与える影響を数値計算方法で研究し、両目標最適化の方法を用いて伝熱と抵抗特性をバランスさせる最適解及び関連設計パラメータを得た。結果は以下の通りである:交差スレッド管のニューセル数Nu、抵抗係数fはそれぞれ滑らかな管の1.37～1.94倍、1.75～4.70倍増加した。交差スレッド近くの渦流により管壁での圧力勾配や乱流の運動エネルギーが増加し、熱境界層の乱れが強化されることで、熱伝達性能が向上した。遺伝アルゴリズムを用いて両目標最適化のパレート前線を得て、最適解のバランスポイントCに対応するNu、fはそれぞれ2 161、0.058 8、設計パラメータはRe=689 453、n=6、h/di=0.253、p/di=0.558 8である。したがって、熱伝達と流体抵抗性能に基づいて意思決定を行う場合、熱伝達性能が優れている場合にはC—Eから最適解を見つけ、そうでなければA—Cから最適解を選択する。

再加熱器;交差スレッド管;伝熱;流動特性;抵抗特性;両目標最適化;パレート前線;遺伝アルゴリズム