【正文】 這一方法仍是所有各種管式換熱面強(qiáng)化傳熱方法中運(yùn)用的最為廣泛的一種。同時(shí)溝槽和凸肋對流體的限流作用有助于邊界層的減薄，而繞流作用使流體產(chǎn)生軸向旋渦，可致使邊界層分離，流體主體徑向溫度梯度減小，有助于熱量傳遞的進(jìn)行。起渦器，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)阻力將降低34%~55%。當(dāng)Re2000時(shí)，單排管換熱性能大于多排管。對百葉窗式翅片：在干工況下，翅片間距對壓降特性的影響相對較小。但是Re1000時(shí)，翅片間距Fp=，換熱特性會隨著管排數(shù)的增加急劇降低。強(qiáng)化翅片表面相比較平直翅片來說能夠顯著增強(qiáng)換熱系數(shù)，但是平直翅片仍然應(yīng)用的最為廣泛，這是因?yàn)槠街背崞谄溟L期運(yùn)行過程中的可靠性和低阻力特性。管徑對換熱系數(shù)的影響是非常小的[3]。對上述公式進(jìn)行比較，如表1所示，發(fā)現(xiàn)表1中公式2對于平直翅片管翅式換熱器的換熱特性和阻力特性描述的最好。對于管束以順排方式排列時(shí)，管束列數(shù)對因子的影響很小，然而相比較錯(cuò)排方式，管束列數(shù)對換熱系數(shù)的影響卻很大。國內(nèi)在波紋翅片管換熱器數(shù)值計(jì)算[2122]與性能分析[2324]上也進(jìn)行了一定的研究工作。選擇文獻(xiàn)[25]中的公式，和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如表3中所示。對上述四個(gè)公式進(jìn)行比較，如圖5～圖12所示。 過增元在文獻(xiàn)[38]中指出開縫翅片開縫位置對換熱效果的影響，胡俊偉在文獻(xiàn)[39]中指出開縫翅片能起到強(qiáng)化翅片換熱的效果，并且開縫翅片厚度存在最佳值等結(jié)論。順排套片式換熱器的熱力性能試驗(yàn)。西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，28(1)：9197【10】何國庚，鄭賢德，林秀誠。文獻(xiàn)[37]的主要目的是為了為家用空調(diào)裝置找到一個(gè)最好的翅片形式。文獻(xiàn)[9]中認(rèn)為入口空氣相對濕度對開縫翅片換熱器在濕工況下的換熱特性和阻力特性均有影響， 且隨著入口空氣相對濕度的增加， 其換熱特性和阻力系數(shù)均有所增加， 但在較大雷諾數(shù)下，數(shù)的差異有減小趨勢；在一定的下，析濕系數(shù)對阻力系數(shù)的影響不明顯，且不同翅片距的值差別亦不大；在一定的下， 析濕系數(shù)對換熱特性數(shù)的影響， 隨的增加而略有減小；，略有上升；當(dāng)較小時(shí)，不同翅片距的換熱特性數(shù)差值不大；在較大下文獻(xiàn)[35]中的公式，和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。當(dāng)雷諾數(shù)大于1000時(shí)，翅片距對換熱系數(shù)的影響可以忽略；當(dāng)雷諾數(shù)小于1000時(shí)，換熱效果隨著翅片距的減小而減弱。而從阻力特性來看，翅片距越小阻力系數(shù)越大。其原因是在高雷諾數(shù)區(qū)域時(shí)，下游空氣能夠混合的更好?？岛＼奫919]還對管數(shù)列數(shù)的影響進(jìn)行了分析，他認(rèn)為＝560～104范圍內(nèi)，相同翅片距下，2列管束的換熱性能優(yōu)于3列管束和4列管束，而3列管束和4列管束的換熱性能沒有明顯的差別；在相同的翅片距下，不同的管束列數(shù)的阻力系數(shù)相當(dāng)接近，在工程計(jì)算所允許的誤差范圍內(nèi)，可以認(rèn)為管束列數(shù)對阻力系數(shù)沒有什么影響。但是，當(dāng)或2并且時(shí)，換熱系數(shù)隨著翅片距的減小而增加，當(dāng)時(shí)，翅片距對換熱效果的影響可以忽略。對間斷式翅片表面的研究發(fā)現(xiàn)，百葉窗翅片，在干工況下縱向管排間距Pl=22mm和P1=，但Pl=22mm的壓降損失要比Pl=%~12%，如：雷諾數(shù)Re=1000時(shí)，Pl=22mm的摩擦系數(shù)要比Pl=%。間斷式翅片(條縫形翅片和百葉窗翅片)：對于條縫形翅片：當(dāng)Re1000時(shí)，第一排管的換熱性能大于其它的管子。由于兩者雖然在換熱機(jī)理上相同，但其換熱特性與壓降特性也有不同之處。(4) 開縫翅片Wang[15]研究了12種開縫翅片結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)翅片間距對傳熱和壓降有顯著影響。DeJong[33]等人研究發(fā)現(xiàn)，流體通過條縫后漩渦首先在下游出現(xiàn)，隨著Re的下降而下降。目前，已經(jīng)開發(fā)出了針狀翅片、波紋翅片、百葉窗翅片、三角形翅片、單面開槽條形片、裂齒矩形翅片等等。(2)多數(shù)文獻(xiàn)中針對管排數(shù)較少的翅片管換熱器研究，而對多管排形式下的翅片管換熱器研究較少。王先超、水黎明[40]等人，通過對波紋翅片數(shù)值模擬的分析，得出了影響波紋翅片換熱因子j和阻力因子f 的因素，同時(shí)把不同雷諾數(shù)Re下的波紋翅片與矩形翅片（即平直翅片）、矩形開縫翅片（平直翅片開縫得到）進(jìn)行了分析比較。2009年，Naphon[50]模擬研究波紋片結(jié)構(gòu)參數(shù)對溫度和流動分的影響。翅片厚度越小，傳熱性能越好。管翅式換熱器的翅片結(jié)構(gòu)形式對其傳熱性能和阻力性能有很大的影響。翅片是管翅式換熱器的最基本的原件，傳熱過程主要是依靠翅片來完成的，一部分直接由板來完成。例如在是有化工工廠中，它的投資要占到整個(gè)建廠投資的1/5左右，它的重量站工藝設(shè)備總重的40%；在年產(chǎn)30萬噸的乙烯裝置中，它的投資站總投資的25%。對于它的研究不僅有利于提高換熱器的換熱效率及其整體性能,而且對改進(jìn)翅片換熱器的設(shè)計(jì)型式,推出更加節(jié)能、節(jié)材的緊湊式換熱器有著重要的指導(dǎo)意義。 Comparison 目錄1 緒論 2 1 1 2 管翅式換熱器的換熱過程 2 3 3 4 6 管翅式換熱器的不同形式的翅片研究現(xiàn)狀 72影響翅片換熱和壓降性能的主要結(jié)構(gòu)因素 9 10 10 11 113．不同翅片經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式總結(jié)及比較 12 平直翅片經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的總結(jié) 12 波紋翅片經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的總結(jié) 16 百葉窗翅片經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的總結(jié) 21 開縫翅片經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的總結(jié) 244．四種翅片經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式比較 29結(jié)論 36參考文獻(xiàn) 38致謝 42 1 緒論換熱器是國民生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其應(yīng)用遍及動力、冶金、化工、煉油、建筑、機(jī)械制造、食品、醫(yī)藥及航空等各工業(yè)部門。如果對各個(gè)通道進(jìn)行不同的疊置和排列并釬焊成整體，即可得到最常用的錯(cuò)流、逆流、錯(cuò)逆流管翅式換熱器芯體、管翅式換熱器內(nèi) 可組成各種形式的流道，為使流體分布更加均勻，在流道的兩段部均設(shè)置導(dǎo)流片，在導(dǎo)流片上開設(shè)許多小孔，使流體能夠相互穿通。不串液，板式換熱器密封槽設(shè)置泄液液道，各種介質(zhì)不會串通，即使出現(xiàn)泄露，介質(zhì)總是向外排出。借助干涉儀和數(shù)偵微分方獲得對流換熱量和福射換熱量，并得到Nu和Re的關(guān)聯(lián)式。同翅片間距情形下，管排數(shù)從1增加到4，換熱系數(shù)會逐漸降低。求解所建立起來的代數(shù)方程從而獲得求解變量的近似值。通過分析得到了阻力系數(shù)與平均流速的擬合函數(shù)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，更進(jìn)一步說明 CFD 方法的可行性。在不增大整體設(shè)備尺寸的前提下，增加其內(nèi)表面換熱面積，加強(qiáng)管內(nèi)流體的擾動，在原有換熱器的管內(nèi)壁上加工變螺距內(nèi)螺紋。（2）波紋翅片及開縫翅片Bemard[30]對波紋翅片通道內(nèi)傳熱機(jī)理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)存在臨界Re，管排數(shù)對傳熱影響趨勢與平直翅片相反，但變化的量值壁平直翅片管束要小得多。（3）百葉窗翅片張智[45]采用Fluent軟件模擬雙排管弧形百葉窗翅片片厚、翅片間距、翅片寬度對換熱量及傳熱j銀子的影響。而對波紋形翅片。而在高雷諾數(shù)下，換熱系數(shù)會隨著管排數(shù)的增加而增加。而對于其它的翅片類型(波紋形翅片、條縫形翅片、百葉窗翅片)，采用小管徑的換熱管，同樣可以減小管排的拖曳作用，同時(shí)增大管外換熱系數(shù)。但是，以前發(fā)表過的關(guān)系式大部分是基于管徑較大的管子。通過試驗(yàn)康海軍[919]指出在(2～3)103范圍內(nèi)，隨著翅片距的增加，換熱系數(shù)是降低的，并且隨著數(shù)的增加，翅片距對換熱效果的影響逐漸減弱。因此1列管束的因子比多列管束的因子低10％到20％。通過試驗(yàn)辛榮昌[19]指出管束列數(shù)不同時(shí)，翅片間距的影響規(guī)律是不同的。Wang等人對這種工況下的換熱特性和阻力特性進(jìn)行了研究，并給出了如下的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式[16]： （391） （392） （393） （394） （395） （396） （397） （398） （399）Wang等通過試驗(yàn)研究，在文獻(xiàn)[15]中指出，當(dāng)雷諾數(shù)小于2000時(shí)，因子隨著管束列數(shù)的增加而減?。划?dāng)雷諾數(shù)大于2000和管束列數(shù)大于1時(shí)，因子對于管束列數(shù)來說相對獨(dú)立。文獻(xiàn)[34]提供的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：當(dāng)并且時(shí)，因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為 （3125） （3126） （3127） （3128）當(dāng)時(shí)， 因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為 （3129） （3130） （3131） （3132） （3133）摩擦因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為 （3134） （3135） （3136） （3137） （3138） （3139） （3140）在國內(nèi)，李嫵[9]對開縫翅片在傾斜布置的情況下，試驗(yàn)研究了濕工況條件下的換熱和阻力性能。而翼狀翅片在因子和因子的改進(jìn)上都沒有很好的效果。雙U型管中冷器在微型兩級風(fēng)冷式空氣壓縮機(jī)上的應(yīng)用。中國動力工程學(xué)報(bào)，2004，25(2)：271274【14】C. C. Wang, W. L. Fu, C. T. Chang. Heat Transfer and Friction Characteristics of Typical Wavy FinandTube Heat Exchangers. Experimental Thermal and Fluid Science 1997, 14:174186【15】C. C. Wang, J. Y. Jang, N. F. Chiou. A heat transfer and friction correlation for wavy finandtube heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer 42（1999）19191924【16】Wang CC, Lin YT, Lee CJ. An investigation of wavy finand tube heat exchangers。 結(jié)論本文研究了不同翅片形式管翅式換熱器流動換熱性能的比較，首先進(jìn)行了平直翅片、波紋翅片、開縫翅片及百葉窗翅片管翅式換熱器相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的總結(jié)和整理，再對每種翅片的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行取值、計(jì)算，并利用Oringin軟件做出傳熱因子j、摩擦因子f和j/f關(guān)于雷諾數(shù)Re的數(shù)據(jù)線，進(jìn)行直觀的對比，可以比較出哪種關(guān)聯(lián)式的實(shí)用性最強(qiáng)，最后，選出四種翅片的最優(yōu)的關(guān)聯(lián)式再進(jìn)行比較，利用相同質(zhì)量流量準(zhǔn)則、相同泵功率準(zhǔn)則、相同壓降準(zhǔn)則。因此，在對壓降的要求比較嚴(yán)格，并且對換熱效果的要求也有限制時(shí)，可以選用開縫翅片。 在翅片上開縫可以破壞翅片上的邊界層， 減小邊界層的厚度，起到強(qiáng)化換熱的作用。百葉窗翅片可應(yīng)用到汽車方面，比如說散熱器、冷凝器和蒸發(fā)器等，在住宅用空調(diào)系統(tǒng)方面也有廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)[14]還指出，波紋翅片的傳熱效率相比較平直翅片的換熱效率增加了55％到70％，但是摩擦因子惡化的程度更高，增加了66％到140％。因此，為了有效地提高換熱效果和減小空冷器的尺寸和重量，常常用到強(qiáng)化換熱表面。Wang ，因此因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式里沒有考慮進(jìn)口環(huán)境的影響。圖1 平直翅片翅管式換熱器簡圖關(guān)于以錯(cuò)排方式排列的平直翅片換熱器換熱特性和阻力特性的最早發(fā)表的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式是由McQuiston提出的[6]，但是Gray和Webb[7]指出其摩擦因子的預(yù)測能力非常有限。當(dāng)ReDc2000時(shí)，管排數(shù)對換熱特性有顯著的影響，換熱因子會隨著管排數(shù)的增加而減小。對于平翅片：對于管排數(shù)N=1，2，or4時(shí)，當(dāng)ReDc3000時(shí)，由于邊界層的影響，換熱因子將隨管排數(shù)的增加而減小。 2影響翅片換熱和壓降性能的主要結(jié)構(gòu)因素對于平翅片：在低雷諾數(shù)ReDc5000的情況下，換熱系數(shù)隨著翅片間距的減小而增大，在高雷諾數(shù)ReDc5000的情況下，翅片間距對換熱系數(shù)的影響較小可以忽略。對于層流，翅片艱巨增加，換熱下降，阻力減少，且2排管的性能優(yōu)于3排和4排。 管翅式換熱器的不同形式的翅片研究現(xiàn)狀翅片的形式，到目前為止一出現(xiàn)以下幾種：平直翅片、多孔翅片、鋸齒翅片、波紋翅片、釘狀翅、百葉窗翅片、片條翅片等。通過調(diào)整換熱器的翅片間距，設(shè)計(jì)成為變翅片間距，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并