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翅片管束管外換熱和阻力

日期:2021-08-24 01:54:51點擊:102

翅片管束管外換熱和阻力
上節(jié)指出,翅片管的傳熱熱阻由若干項熱阻組成,而管外換熱熱阻是傳熱過程的最大 熱阻,這是釆用擴展表面以減小該項熱阻的依據(jù)和出發(fā)點。本節(jié)將推薦翅片管束管外換 熱系數(shù)的計算式和計算方法。
2.2.1影響因素和研究特點
應(yīng)當(dāng)指出,由于翅片管表面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性,使得周圍流體的流場狀況和速度 分布難以確定,用理論分析法求解氣體繞流翅片管束的換熱系數(shù)幾乎是不可能的,而數(shù)值 解法也同樣不能取得可應(yīng)用的成果。因此,翅片管束的管外換熱系數(shù)必須借助于實驗方 法求得,所得結(jié)果通常稱為實驗關(guān)聯(lián)式。為了實驗結(jié)果的推廣應(yīng)用,必須有足夠的實驗變 量和科學(xué)的實驗研究方法。
雖然理論分析對直接求解翅片管束管外換熱系數(shù)無能為力,但可借助于對流換熱的 理論和物理概念選擇合理的物理變量,并指導(dǎo)實驗數(shù)據(jù)的整理。影響翅片管對流換熱的 主要因素有以下幾個;
① 氣體的流速。這是影響對流換熱最重要的物理量之一,流速越高,換熱能力越強, 這是對流換熱的基本概念;實驗關(guān)聯(lián)式應(yīng)給出流速的實驗范圍;對翅片管換熱器,實驗關(guān) 聯(lián)式中經(jīng)常使用流體的質(zhì)量流速作為變量,因為質(zhì)量流速是不隨溫度而變化的,用起來比 較方便;此外,根據(jù)翅片管的排列情況,還要指明“迎風(fēng)面上的質(zhì)量流速”和“最窄流通截 面上的質(zhì)量流速”。
② 流體的物性。雖然繞流翅片管的流體絕大部分是氣體,但因氣體的種類、溫度和壓 力的不同,其物理性質(zhì)是不同的,因而也會影響對流換熱的強度。
③ 翅片的幾何特性。翅片有等截面翅片、變截面翅片、直翅片、環(huán)狀翅片,還有很多特 殊形狀的翅片,如釘頭(圓柱)翅片、H型翅片、開齒型翅片等。對每種不同形狀的翅片, 都需單獨進行實驗,得出適用的實驗關(guān)聯(lián)式。

對同一種形狀的翅片管,影響管外換熱的幾何特性有:基管直徑久,翅片高度厶或 h,翅片厚度[,翅片節(jié)距丫(或翅片間隙)。
對于翅片管束,還需要考慮翅片管的排列形式:順排或叉排;以及排列的疏密程度:橫 向管間距勺,縱向管間距$2
由于變量太多,給實驗研究和數(shù)據(jù)整理帶來很多困難,因此,和其他對流換熱的實驗 研究一樣,翅片管換熱系數(shù)的實驗數(shù)據(jù)也采用無因次數(shù)來整理,常用的無因次數(shù)有:努塞 爾數(shù)Mz,雷諾數(shù)Re和普朗特數(shù)汗,此外,還引入了表示幾何特性的無因次數(shù)。
翅片管管外換熱系數(shù)的實驗研究需要投入大量的人力和物力,而且不同的研究者所 得出的關(guān)聯(lián)式在形狀上會有所不同,但對同一例題計算出來的結(jié)果應(yīng)該是相近的。
在選
擇翅片管管外換熱系數(shù)的實驗關(guān)聯(lián)式時,應(yīng)著重考慮下列幾個因素:
① 該關(guān)聯(lián)式包含的變量要足夠多,應(yīng)包括翅片管束的大部分應(yīng)用變量和幾何條件。 這說明,該關(guān)聯(lián)式應(yīng)該是從盡可能多的實驗數(shù)據(jù)中關(guān)聯(lián)出來的。如有的研究報告只針對 某一特定尺寸的翅片管進行實驗,這樣的實驗結(jié)果是不能推廣應(yīng)用的。
② 要關(guān)注研究者的實驗研究系統(tǒng)是否合理,測試系統(tǒng)是否完善,對測試誤差是否有合 理的分析。如有的研究是在改裝的現(xiàn)場煙道中進行的,這樣得出的實驗關(guān)聯(lián)式往往是不 可靠的。
③ 好的實驗關(guān)聯(lián)式應(yīng)該被多數(shù)用戶采用,而且盡量簡單,計算容易,便于掌握。
由此可知,要開發(fā)出一個被廣泛認(rèn)同的翅片管換熱的實驗關(guān)聯(lián)式是一個復(fù)雜的研究 課題。到目前為止,往往是新型翅片管不斷涌現(xiàn),如第1- 2節(jié)所示,但是相應(yīng)的實驗關(guān)聯(lián) 式卻很少,有時不得不借用相近的關(guān)聯(lián)式進行設(shè)計。下面將重點介紹幾個計算管外換熱 系數(shù)的關(guān)聯(lián)式和計算流動阻力(壓降)的關(guān)聯(lián)式,并針對每個關(guān)聯(lián)式給出相應(yīng)的計算例題。

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