维普资讯 http://www.cqvip.com 《化工装备技术》第２３卷第２期２００２年 １９ 流体绕流带肋片圆柱体的流动换热性能实验与分析 陈维汉 皮博明 韦虹伟 何文武 （华中科技大学能源与动力工程学院） 摘 要 流体流过带肋片圆柱体的流动与换热过程是绕流圆柱体的流动换热与流过 平板的流动换热的组合。但这种组合是相互影响的，以致构成一种特殊的流动换热 方式。本文对有肋片的圆柱体本身的流动换热过程和有圆柱体的肋片自身的流动换 热性能进行实验研究，并将结果与对应的无肋片圆柱体和无圆柱的肋片的流动与换 热性能进行比较，并对几种带肋片圆柱体的流动换热的综合性能进行火用损失率分析 以评价其综合性能的优劣。 关键词 肋片圆柱体 流动换热 性能实验与分析 １ 流动换热实验原理与方法 对流换热过程的实验研究通常包含流动阻 力的实验测定与换热系数的测定两个部分。这 里首先分别介绍各自的原理与方法。 １．１流动阻力的测试 流动阻力测量实验是在小型风洞中进行 的，风洞结构如图１所示。通过分别测量风洞 在无试件和有试件情况下的动压头和静压头， 并整理出相应的关系曲线［１］。这样就可以得出 皿 带肋片圆柱体的总的阻力损失、肋片的阻力损 失以及圆柱体本身的阻力损失。各种试件的阻 图１风洞、试件及测压管示意图 力系数的计算关系式为 Ｆｏ——试件流动阻力，按照分析有 Ａｐｓ１一Ａｐｓｏ一０．１６Ａｐｄ Ａｏ ｒ１、 Ｆｎ—Ａｐｓａ—Ａｐｓ０—０．１６Ａｐｄ ｎ一———■ —一‘ ｌ， 其中 Ａｐｓ。——试件与风洞的总静压降 式中 ＣＤ——流动阻力系数，ＣＤ一 专ｌＤ“ Ａｐｓａ—Ｐｓｉ—Ｐ。 户ｓ。——试件与风洞的总静压 风洞中流体流速 Ｐ ——环境静压力 ｐ——流体密度 Ａｐｓ。——空风洞的静压降 ——试件阻力计算面积 Ａｐｓｏ—Ｐｓｏ—Ｐ ＊陈维汉．男．１ ９４３年１２月生，教授。武汉市，４３００７４。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２０ 流体绕流带肋片圆柱体的流动换热性能实验与分析 ｓ ——空风洞的静压力 △ ——风洞动压头 △户ｄ一户ｎ—ｐｓｉ一户ｔｏ—ｐｓｏ 其中 户 （户 。）——风洞有试件（或无试件）时 的总压力 ４。——风洞迎流面积，是风洞长（Ｂ ）与 宽（Ｂ２）的乘积；Ａ。一Ｂ Ｂ ２ Ｏ．１６Ａｐ ——因试件存在所造成的风洞 截面收缩而附加的阻力损 失 由于圆柱体计算阻力系数时用的是迎流面 积．而平板流动阻力计算使用流体流过的平板 表面积。为了统一起见，这里圆柱体的阻力系数 也采用流体流过的圆柱体的表面积ＯｒｄＢ ）。那 么。对于圆柱体的阻力系数有 ｃ。一ｃ。 —坠些￣ｒｄＢ—Ａｐａ （２）Ｚ １式中 △户 ——圆柱体本身的静压降 对于平板（矩形肋片）的阻力系数有 △户 ２Ｂｌ Ｂ２ 一 （３） △户ｄ［２Ⅳ（Ｂ２ 一÷丌 ）］ 式中 △ 。——肋片本身的静压降 Ⅳ——肋片的片数 Ｂ ——肋片宽度（亦为风洞宽） Ｌ——肋片高度 对于圆柱体和肋片其总阻力系数为 △户 Ｂｌ Ｂ２ （４） △ ［７ｆ Ｂｌ＋２Ｎ（Ｂ２Ｌ一÷丌 ）］ 式中 △户 ——圆柱体和肋片的总静压降 １．２ 绕流圆柱体换热系数的测定 绕流圆柱体的换热系数测定是采用测量局 部换热系数的办法进行的。实验装置如图２所 示，在风道中放置一个圆柱体２，在圆柱体中部 包有不锈钢片３，对该不锈钢片通以电流，即对 圆柱体表面加热。在不锈钢片背面装有测温热 电偶４，并设压力测定孔５。该圆柱体可在固定 的位置上旋转．通过旋转可以测定不同迎流角 度时的圆柱体表面的局部换热系数 ，此局部 换热系数的计算式由不锈钢片上微元段的热平 衡关系得出（如图３所示）。在稳定状态下有 Ｑ ＋Ｑ ， 一Ｑ ＋Ｑ ＋Ｑ．ｒ一－ ＋Ｑ ｊ｛｝】：试验段结构图 ｌ一风道２一圆柱体３一不锈钢片４－热电偶 ５测压孔 ６ 电源导板 图３微兀加热片热平衡不恿 式中 Ｑ ——电流流过微元段放出的热流量 Ｑ ——左侧导人微元段的热流量 Ｑ ａｏｕ ——右侧导出微元段的热流量 Ｑ ——微元段以对流方式传给空气的 热流量 Ｑ ——微元段向外辐射出的散热量 Ｑ ａ——微元段向圆柱内的导热量 代人相关计算公式可以获得测温点处局部 换热系数的计算式 ］： ［ ＋人 ） 一ｅ 丁 一丁 ］ ×（７１一Ｔ ） 式中，——通过不锈钢片的电流量 加在不锈钢片两端的电压降 ６——不锈钢片的宽度 不锈钢片的长度 不锈钢片的导热系数 维普资讯 http://www.cqvip.com 《化工装备技术》第２３卷第２期２００２年 ２１ 不锈钢片的厚度 偶测量出肋片的表面温度，之后用如下公式计 算其换热系数： 一 ，—一圆柱体半径 ｅ——不锈钢片的表面发射率 ．——斯蒂芬一波尔兹曼常数 ２（Ｂ２ 一７ｒ ／４）（丁 一Ｔ ） ７１——测点温度 无量纲化为 ＮｕＬ—ａＩ Ｌ／２ ７’ ——气流温度 ｒＩ ２７’ 是函数７１一 （ ）的二阶导数，这里采用样 ｕ 对于相应工况下的流体流速“ ，如同绕流 ． ｒ 条函数拟合７１与 之间的关系后计算出相应 点的二阶导数值。 圆柱体时一样，也有对应的雷诺数Ｒ 一 Ｕ 。 同样，进行一系列不同工况的实验，得出 一一将 无量纲化得出局部努塞尔特数 Ｎｕ —ｃ％ｄ／２ 对应的Ⅳ 和Ｒ 数值，并经最小二乘法 拟合出相应的准则关系式： Ｎｕｌ 一ＣＬＲｅｉ％ 式中 ——圆柱体直径 流体的导热系数 式中ｆＬ——准则关系式的系数 ，ｌＩＪ——雷诺数的指数 将 沿半圆柱积分可以得出平均换热系数 和对应的平均努塞尔特数Ⅳ“ａ一西 ｄ／２。对于相 应工况下的流体流速“。。，其对应的雷诺数为 Ｒ 一“ ｄ／ｖ，式中ｕ为流体的运动粘度。 进行一系列不同工况的实验，得出一一对 １．４绕流带肋片圆柱体换热系数的测定 上面通过实验分别得到了流体流过带肋片 圆柱体的圆柱体本身的换热系数和肋片本身的 换热系数。在此基础上就能够获得绕流带肋片 应的Ｎｕ，ｔ和Ｒ 数值。并经最小二乘法拟合出 相应的准则关系式： Ｎ“ｄ—ＣｄＲＰ 圆柱体的总换热系数值，并得出相应的准则关 系式，其计算公式为 ａｊｃｄＢｌ＋ａＩ ［２Ｎ（Ｂ２ 一７ｒ ／４）］ ７ｒ Ｂｌ＋２Ｎ（Ｂ２Ｌ一７ｒ ／４） 式中Ｃｄ——准则关系式的系数 ａ——雷诺数的指数 令 ｄ—ｒｃｄＢ￣、ＡＩ，一２Ｎ（Ｂ２Ｌ一７ｒ ／４）和Ａ 一 １．３流体流过平直肋片的换热系数测定 如图４所示，在进行流体流过肋片的换热 ｒｃｄＢ￣＋２Ｎ（Ｂｚ 一７ｒ ／４），可将上式改写成无 量纲形式为 系数的测量时．将肋片本身作为加热体通以较 大的电流，并记录下加热功率，同时布置热电 加热电极 Ⅳ“ａ，一 一Ⅳ ＾ ａ龛＋Ⅳ ｄ万一． １／Ａ４ Ｌ～蹦ａ鲁 ，Ｒ 如果统一用ｄ作为无量纲准则的特征尺寸，上 式可以变为 一 ＾ ／ 不锈钢片 １ ． ／ ｆ 一一 Ｎ ｄＡｉ．三 １． ／４ 万Ｊ 一一 十 ｄｌ－％Ａ Ｌ （５） ＼ ， Ｊ ２实验结果与分析 ＼Ｉ热电偶测点ｌ 图４ 肋片换热系数测定的加热试件 ２．１ 带肋片圆柱体的流动阻力关系式 维普资讯 http://www.cqvip.com ２２ 流体绕流带肋片圆柱体的流动换热性能实验与分析 ＣＤ一０．０１３３ＲｅＩ 或＿ｎ一０．０１７３ （８） 按照上述对流动阻力的测定方法，这里分 别对带有３个、７个和１５个肋片的圆柱体的流 动阻力进行了实验测定，分别得出了圆柱体和 肋片各自的流动阻力系数关系式和二者的综合 阻力系数关系式。 ２．１．１ 圆柱体的阻力系数关系式 未带肋片圆柱体的阻力系数准则关系式 ＣＤ一２．２９７Ｒｅｄ ” 或 Ｄ一０．３７４２ （１） 系式 带圆柱体的７肋片自身的阻力系数准则关 ＣＤ一０．０１３４ＲｅＬ ∞∞或＿ｎ一０．０１９４ （９） 带圆柱体的１５肋片自身的阻力系数准则 关系式 ＣＤ一０．０２５２ＲｅＬ 。或＿ｎ一０．０２４７（１０） 图６给出了上述情况下阻力系数随雷诺数 的变化。从中可见随着肋片数的增加肋片自身 阻力系数的变化有先减小后增大的趋势．在有 带有３个肋片的圆柱体自身的阻力关系式 ＣＤ一１．７６１Ｒｅｄ ｎ 或 Ｄ＝０．４５５ （２） 带有７个肋片的圆柱体自身的阻力关系式 ＣＤ一０．８６９Ｒｅｄ 或－ｎ一０．５４４ （３） 圆柱体存在时肋片的阻力系数略有减小，但７ 肋片的情况却是增大的。总体而言，不论是否 有圆柱体，肋片的阻力系数变化都是不大的。 ＣＤ 带有１５个肋片的圆柱体自身的阻力关系 式 一１．１８９Ｒｅｄ ∞ 或 Ｄ一０．８２７ （４） ７ 图５给出了上述情况下阻力系数随雷诺数 —— Ｏ．Ｏ２ ’’’’●●●’’，●●，●●●●●‘ ，一 １Ｏ ５一 的变化。由图５可见，随着肋片数的增加，圆 柱体自身的阻力系数是增大的，这是由于圆柱 与肋片之间形成的流场端部效应造成的。 ２００ ＣＤ ＿．９．．～８…… ．． ●’●’’●●’●●●●，● ６ Ｏ．Ｏｌ ５００ １０００ ２０００ ５０００ Ｒｅｄ １．Ｏ —３ ＿－＿ 、、＝＝＝ ’ 一．～ ～ｌ 图６带肋片圆柱体的肋片阻力系数比较图 Ｏ，５ ２．１．３ 带肋片圆柱体的综合阻力系数 关系式 ２００ ５００ １０００ ２０００ ５０００ Ｒｅｄ 将上面获得的带肋片圆柱体的圆柱体自身 图５带肋片圆柱体自身阻力系数比较图 图中曲线所标１、２、３、４分别表示本章式（１）、（２）、（３）、 的阻力系数与肋片自身的阻力系数加权平均就 可以得出带肋片圆柱体的综合阻力系数的准则 关系式。这里给出的是按实际测量结果计算出 来的准则关系式，有： 带有３个肋片的圆柱体的综合阻力关系式 ＣＤ一０．１７７ＲｅｌＪ 。“或 Ｄ一０．０５４７ （１１） （４）的变化曲线。以下各图均这样表示，且不再说明。 ２．１．２肋片的阻力系数关系式 未带圆柱体的３肋片阻力系数准则关系式 ｃＤ一０．０３５５尺８ｌ＿ 。或ＣＤ一０．０１７５３（５） 未带圆柱体的７肋片阻力系数准则关系式 ＣＤ一０．００９３６尺ＰＬ一 。 。。或 ｎ一０．００８４２（６） 带有７个肋片的圆柱体的综合阻力关系式 ＣＤ一０．０６９３ＲｅＩ， 或 Ｄ一０．０３６７（１２） 未带圆柱体的１５肋片阻力系数准则关系 式 ｆｎ一０．０２７１ＲｅＩ， 带有１５个肋片的圆柱体的综合阻力关系 式 ”或＿ｎ一０．０２６７７（７） ＣＤ一０．０５１６ＲｅｌＪ 或 一０．０３２６（１３） 带圆柱体的３肋片自身的阻力系数准则关 系式 图７给出了３种情况下综合阻力系数随雷 诺数的变化。从中可见随着肋片数的增加综合 维普资讯 http://www.cqvip.com 《化工装备技术》第２３卷第２期２００２年 ２３ ＣＤ 是比较明显的，随着肋片数的增加换热能力是 ～０．０９ ０．０７ Ｏ．Ｏ５ Ｏ．Ｏ３ Ｏ．Ｏ２ １１ ｌ１ 逐步下降的。 加 ２．２．２ 肋片自身的换热准则关系式 带有３个肋片的圆柱体流动换热过程的肋 片换热关系式 Ｎｕｄ一０．１１１Ｒ ｊ （１８） ２００ ５００ １０００ ２０００ ５０００ Ｒｅｄ 带有７个肋片的圆柱体流动换热过程的肋 图７带肋片圆柱体综合阻力系数比较图 片换热关系式 Ｎｕｄ一０．０２２５Ｒｅ￣ｉ 。 （１ ９） 阻力系数是逐步减小的，这种减小是肋片阻力 的影响逐步增大而产生的结果。 带有１个肋片的圆柱体流动换热过程的肋 片换热关系式 Ｎｕｄ一０．２７８Ｒｅ￣ （２Ｏ） ２．２带肋片圆柱体的换热准则关系式 按照前述的圆柱体加肋片的换热系数的测 定方法，进行了带肋片圆柱体的流动换热过程 的换热性能试验，分别得到圆柱体自身、肋片 自身以及二者综合的换热准则关系式。 ２．２．１ 圆柱体自身的换热准则关系式 未带肋片圆柱体的换热准则关系式 Ｎ“ｄ一０．３Ｏ３Ｒ （１４） 未带圆柱体的３个肋片的流动换热过程的 换热关系式 Ｎｕｄ一０．６２７Ｒ ３ 。 （２１） 加 未带圆柱体的７个肋片的流动换热过程的 换热关系式 Ⅳ“ｄ一０．０８５４Ｒ ３ 。 （２２） ｍ 带有３个肋片的圆柱体自身的换热关系式 Ｎｕｄ一０．８６２Ｒ ０ Ｈ （１５） 未带圆柱体的１个肋片的流动换热过程的 换热关系式 Ｎｕｄ一０．３２２Ｒｅ３ ＂ （２３） 带有７个肋片的圆柱体自身的换热关系式 Ｎｕｄ一０．２６２Ｒｅ￣‘ （１６） 图９给出了肋片换热性能随雷诺数变化的 情况以及圆柱体的存在对肋片换热的影响。图 中显示出换热性能随雷诺数的增加而增大，而 圆柱体的存在对肋片换热的影响随着肋片的增 加而加大。 ／ｑＵａ ５０ 带有１５个肋片的圆柱体自身的换热关系 式 Ｎ“＾一２．２６８Ｒｅ３ （１７） 图８给出了上面４种情况的换热性能变化 情况。从中可见．肋片的存在对圆柱体的影响 Ｎｕａ ５０ ／’ ‘／。 ／’ 一’ ／ ’ ． ．／ １８／ ／ 乡 ／ ／／ １４／． ． ．● ・ ．／ 、，，．／ ． 。夕 ．／ ／＇５ｊ１／ 一 ．．．．．： ｌ／ ／／／ １６ ＿．＿・ Ｉ／ ／。 ／ 。／ ２００ ２００ ５００ １０００ ２０００ ５０００ Ｒｅｄ ５００ １０００ ２０００ ５０００ Ｒｅａ 图９安装不同数目肋片ｆ１ 换热能力比较 ｆ斟８带肋片的圆柱体自身的换热能力比较图 ２．２．３ 带肋片圆柱体的综合换热准则 维普资讯 http://www.cqvip.com ２４ 关系式 流体绕流带肋片圆柱体的流动换热性能实验与分析 方面（过程）来进行综合评估，而且只有对该过 程进行炯损失率分析才有可能达到这一目的。 从热力学原理知道，流动和换热过程都是 不可逆的热力学过程，必然引起熵的增加，从 将带肋片圆柱体流动换热实验测得的圆柱 体和肋片的换热关系式代入式（５），就可以获得 带肋片圆柱体的综合换热准则关系式： 对于１肋片圆柱体有 Ｎｕｄ 一０．０７８尺ｅ３ 。 ＋０．１３８３尺Ｐ３ 。（２４） 而导致过程的炯损失。运用热力学第一和第二 定律，可以导出在给定热流密度和给定特征尺 寸下流动换热过程炯损失率的一般表达式 Ｉ ： ⅣＰ一 Ｎｉｌ．－１Ｆｍ＋ 尺 ＦｆＦ （２７） 对于３肋片圆柱体有 Ｎｕｄ 一０．０８９３４尺ｅ３ ＋０．０７６２８尺Ｐ 。 （２５） 对于７肋片圆柱体有 Ｎｕｄ 一０．０１２３７尺ｅ３’ 。。＋０．０１８４５尺Ｐ３ （２６） 式中 Ｍ——单位换热量的过程炯损失率， Ｎｅ—Ｔ。Ｓ ／Ｑ ｒ，。——定义物理量炯的参考温度，Ｋ ——图１０给出了带肋片圆柱体换热性能的比 较情况。从中可以看出，综合换热能力随着肋 片数的增多而减小，这是因为肋片的换热能力 要比圆柱体的换热能力差，因而肋片数增加，综 合换热性能就自然会减小。但是总体的换热量 却是增加的。从三条曲线的变化趋势来看，随 着肋片数的增加，换热性能随雷诺数变化的斜 率加大，也就是在高雷诺数下换热性能较好。 Ｎｔｌｄ ５０ 系统的熵产生率 Ｑ——对流换热量 ｇ——换热热流密度 Ｌ——换热过程的特征尺寸 ——流体导热系数 度ｒ， 的平均值，Ｔ 一（ｒ，ｆ＋Ｔ ）／２ ｒ， ——流体绝对温度ｒ，ｒ与固壁绝对温 Ｆ ——温度因子，Ｆ 一Ｔ。／７１ ｌＤ——流体密度 ／ ／ ｕ——流体运动粘度 Ｆｓ——流动阻力计算面积与换热计算 ２４／ ２Ｏ 面积之比，Ｆｓ—Ａｆ／Ａ ，／２ ／５ ／ ／ Ｆｒ——另一个温度因子，是参考温度与 流体平均温度之比，Ｆｒ—ｒ，。／ｒ，ｒ １Ｏ ５ ４ ／ ／／。 ／ ／／’ ／２６ ／ ／ 对于目前研究的绕流圆柱体的流动换热过 程，其换热与流动阻力计算的一般关系式分别 为： ５０００腑 ３ ２ ／ ５００ １０００ ２０００ ２００ Ｎ“：ａＲｅ Ｐ 图ｌ０带肋片圆柱体综合换热能力比较图 和 ＣＤ＝ｂＲｅ… ３带肋片圆柱体的流动换热性能的综合分析 式中Ⅳ ——努塞尔特数，Ｎｕ—ａｄ／２ 尺Ｐ——雷诺数，Ｒｅ＝“。。ｄ／ｕ Ｐｒ——普朗特数 ３．１流动换热过程炯损失率关系式的导出 由于本文是对带肋片圆柱体的流动换热过 将这两式代入式（２７）可以得到： Ｎｅ一 ａ－ｌｐｒ－ｋＲｅ－，，十 ｐｕ ｂ 一（２８） 程进行较为详细的性能研究，且主要目标是放 在肋片数目对换热性能的影响上，因此，正确 评价其性能的优劣就必然要从流动与换热两个 在上式中还假定了７１ 、ｒ，ｒ和ｒ，。相差不大，这 维普资讯 http://www.cqvip.com 《化工装备技术》第２３卷第２期２００２年 就使得Ｆ 一Ｆ ｒ一１；且由于前面在阻力计算中 设定Ａ 一Ａ ，因而导致Ｆｓ一１；同时将流体流过 圆柱体换热的特征尺寸定为Ｌ＝ｄ。 分析式（２８）可知，该式右边第一项表示因 温差传热而导致的过程炯损失率，而第二项为 对于７肋片圆柱有 Ｎｅ一１２．１９５×（０．０１２３７尺Ｐ ｚ。 ＋０．０１８４５尺８ ） ＋３．７７３０×１０ Ｒｅｊ （３２） 图１１给出了上述关系式的变化情况，从中 因压力损失而导致的炯损失率，因而其大小能 反映流动换热过程的综合性能。要使流动换热 过程综合性能最佳，就必然要使流动和换热的 火用损失率之和取得最小值，因而必须对Ｎｅ求 Ｒｅ的导数并令其为零，从而得到相应Ｒｅ的最 不难看出，无肋片圆柱体换热性能较好而流动 阻力较大，因而综合性能曲线分布在较小的雷 诺数范围，且炯损失率最小值（Ｎｅ…）所对应的 最佳雷诺数值（Ｒｅ ）较小；带肋片圆柱体的换 热性能较小而流动阻力也较小，且随着肋片数 佳值，也就是流动换热过程的最佳的运行参数 值，即 的增加也会更为突出，因而综合性能曲线分布 ｑ２ｄｉｎ２ＲＰ。ｐｔ＝＝［＊‘ …’在较大的雷诺数范围，且火用损失率最小值 （２９） Ｌ 丁 ｜Ｄ￡，３口６（３— ）尸，． －Ｊ （Ｎｅ 。 ）所对应的最佳雷诺数值（Ｒｅ ）较大，同 时随着肋片数的增多，曲线整体向雷诺数增大 的方向移动。 ｛ ２ ：● 。５ ４ ３ ２ 只要把上述从实验获得的各种带肋片圆柱 体的流动阻力和换热系数的准则关系式，以及 流体的物性和平均温度值代人以上两式，就可 以对各种带肋片圆柱体在相同的给定条件下进 ， 、 行炯损失率比较，并寻找各自的最佳运行参数 及相对大小，从而判别各自性能的差异。 ３．２ 带肋片圆柱体的流动换热炯损失率 分析的结果 利用炯损失率分析方法可以对带肋片圆柱 ＼ ｉ Ｉ． Ｉ ｆ ｜ Ｊ ＼ 、、 、 、 ３３ ＼ ２ 、 ｆ ｆ ｜ Ｊ ～ 。、． ｔ ｎ ．＿ ＾ ｛ 、； ’ 、 ｛ ｆ ｆ ， ／ 体的流动换热性能与无肋片圆柱体的流动换热 性能进行综合比较。这里仅对肋片和圆柱体组 ｜ ｜ 合情况进行分析。为此将其换热准则关系式 （１４）、（２５）、（２６）和流动阻力关系式（１）、（１１）、 （１２），分别对应地代人炯损失率方程式（２８），并 在设定热流密度ｑ一２０００Ｗ／ｍ。、特征尺度 一 ４８ｍｍ、平均温度Ｔ 一３ＯＯＫ及相关物理性质｜Ｄ 一１．１７７４ｋｇ／ｍ。、￡，一１５．６９×１０一 ｉｎ。／ｓ、 一 ２００ ＼ ｜ ．＼ ‘ ． ＼ １０００ ２０００ １００００２００００ １０００００ Ｒｅａ 图ｎ 带肋片的圆柱体炯损失率比较图 总之，圆柱体加装肋片可以提高以圆柱体 为计算面积的换热性能和加大流动阻力，但以 整体为计算面积的换热性能与流动阻力是会因 肋片数目的增加而明显地减小，且两者之间还 ０．０２６２４ｗ／（ｍ・Ｋ）之后，可得出如下关系： 对于无肋片圆柱有 Ｎｅ＝４０．２４７５尺ｇ “＋３．８４６９×１０ Ｒｅ； （３０） 对于３肋片圆柱有 Ｗｅ １２．１９５×（０．０８９３４尺８ ¨ 会相互影响，但不会改变总体的变化趋势；整 体的综合性能炯损失率分析结果表明，带肋片 圆柱体的综合性能优于不带肋片的圆柱体，且 能选择较高的雷诺数作为运行参数。 ＋０．０７６２８尺８ ） ＋５．６２３４×１Ｏ－１ ６Ｒｅｊ （３】） 维普资讯 http://www.cqvip.com ２６ 整体针翅管和螺旋扭曲管在制冷机换热器上的应用 整体针翅管和螺旋扭曲管在制冷机换热器上的应用 李志文 杨丽明 （湛江海洋大学热能与动力工程系） 摘 要 整体针翅管和螺旋扭曲管是两种新型的高效传热管，对其结构及其在制冷 系统换热器上的应用进行了探讨。 关键词 整体针翅管 螺旋扭曲管换热器 制冷机 １ 概述 氨和氟利昂制冷和空调系统中的主要设备 如蒸发器、冷凝器，吸收式制冷系统中的吸收 器、发生器、冷凝器、溶液热交换器等都属于 换热设备，以其传热管结构形式来看，基本上 都属管壳式换热器，只是因循环特性的不同而 ２针翅管和螺旋扭曲管的结构及特点 ２．１ 针翅管 与其它非连续翅片管相比，整体针翅管是 近年开发的一种新型的强化传热管。针翅管的 第一代产品是由瑞典Ｓｕｎｒｏｄ有限公司研制的， 现已广泛应用于船用油加热器、锅炉过热器、省 各有自己的特点。通常，其传热管传热效能的 优劣决定了机组的效能。此外，使用高效传热 管也是缩小换热器体积、减轻换热器重量、提 高换热器效率的重要措施。目前，对强化传热 管的研究已多为第三代管型三维传热管——非 连续翅片管，如锯齿形翅片管、节爪Ｃ管和各 种针翅管等。这些三维的非连续翅片管比二维 煤器、烟气余热回收装置等，其强化传热的优 势在粘性特别大的燃油加热器中和处理含尘高 温烟气的换热设备中得到充分的显露。华南理 工大学化工机械研究所对这种针翅管进行了多 年的研究Ｌ４］［引，与原中石化北京院合作开发的 产品效果很好，已获国内专利。但这种第一代 针翅管其针翅是采用电阻焊方法焊接在基管上 的，加工麻烦，且对针翅的大小及其排列密度 也有诸多，见图１。 最近，江苏某厂引进国外先进技术．采用 特殊的车削方法，在管子上直接机加工出整体 的连续翅片管具有更不规则的扩展表面，流体 流过时，边界层反复不断地受到破坏，从而使 传热系数得到进一步提高 ｊ［ Ⅱ 。整体针翅管 和螺旋扭曲管就是其中两种新管型。 ＊李志文．男．１９６２年９月生。湛江市．５２４０２５。 １） 参 考 文 献 ｌ陈维汉．周方，唐海龙等．绕流微细环肋圆柱换热性能 的实验分析．华中理工大学学报，１９９６．２４（增刊２） ２陈维汉，唐海龙，周方等．绕流带驻涡板圆柱的换热与 流动阻力的测定．华中理工大学学报．１９９６，２４（增刊 ３陈维汉．孙毅．传热过程炯损失率方程及参数优化．华 中理工大学学报．１９９６．２４（增刊Ｌ） ４陈维汉．管内流动换热过程的性能综合分析．华中科技 大学学报，２００１．２９（增刊） （收稿日期：２００１一ｌ ２ ２４）
