（工程热物理专业论文）螺旋翅片管换热器换热性能试验及计算机辅助试验.pdf

a b s t r a c t s l o t h e l i xf i n n e dt u b eh e a te x c h a n g e ri san e w t y p eh e a te x e h a n g e lw h i c h h e a t t r a n s f e ri sg r e a t l ye n h a n c e da n di sa b r o a du s e di nm a n yf i e l d s s oi ti si m p o r t a n tt o s t u d yt h eh e a tt r a n s f e ra n df r i c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h es l o t - h e l i xf i n n e dt u b eh e a t e x c h a n g e ni nr e c e n ty e a r s ，a san e wm e t h o d ，t h ec o m p u t e ra i d e dt e s t i n g ( c a t ) i s b e i n gu s e di nm a n yf i e l d s a p p l y i n gt h em e t h o do fc o m p u t e r a i d e dt e s t i n g ( c a t ) i n t ot h eh e a te x c h a n g e r e x p e r i m e n tc a b i m p r o v ee x p e r i m e n te f f i c i e n c y i nt h i sp a p e r , t h es t a t u so ft h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h ef i n n e dt u b eh e a t e x c h a n g e r sa n dt h et y p eo f t h eh e a te x c h a n g e r sa n d t h eb a s i c e q u a t i o no f h e a tt r a n s f e r i si n t r o d u c e d a l s ot h ee f f i c i e n c yo f t h ef i ni sd e t a i l e d l ya n a i y z e di nt h e o r y s o m e e x p e r i m e n t sh a v eb e e nc a r d e do u ti no r d e rt oi n v e s t i g a t et h eh e a tt r a n s f e r a n df l o w i n gc h a r a c t e r so ft h es l o t - h e l i xf i n n e dt u b e t h ec u r v e sa n dc o r r e s p o n d i n g c o r r e l a t i o no f t h en u s s e l tn u m b e r sa n df r i c t i o nf a c t o r s ( n u r e ，e u i 沁) o f t h ef i n s i d ea r e o b t a i n e d c o m p a r e dw i t l lt h eh e l i xf i n n e dt u b eh e a te x c h a n g e r , t h eh e a t t r a n s f e ro ft h es l o t - h e l i xf i n n e dt u b eh e a te x c h a n g e ri s g r e a t l ye n h a n c e db u tt h e n o w i n g r e s i s t a n c ei n c r e a s e sal i t t l e c o m p u t e ra i d e dt e s t i n g ( c a t ) i sa p p l i e di n t ot h eh e a te x c h a n g e re x p e r i m e n t m a t h e m a t i cm o d e lo fh e a tt r a n s f e ri ss e tu pa n dn u m e r i c a lc a l c u l a t ep r o g r a mi s d e s i g n e d t h e nt h eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n to f t h ef i ns i d ea n ds o m ed a t ao f c h a n g i n g w o r k i n gc o n d i t i o n sa r eo b t a i n e dt h r o u g he x p e r i m e n tu s i n gt h ec o m p u t e ra i d e dt e s t ( c a t ) a tt h el a s to ft h i sp a p e r , a l lt h ew o r kh a sb e e nd o w ni ss u m m a r i z e d ，t h ew a yo f d e v e l o p i n ga n di m p r o v i n go f t h eh e a te x c h a n g e r i sp u tf o r w a r d k e y w o r d s ：h e a t e x c h a n g e r h e a tt r a n s f e re x p e r i m e n ts l o tf i n eh e l i xf i n e c o m p u t e r a i d e dt e s t ( c a t ) i i 疗热扩教率 c 定压比热，j ( k g ) d镑径 d 。当量直径，i n ，黻力系数 只裁嚣积，秽 兄光管外表黼积，群 f光管内表灏积，m 2 b避片管矫表面积，辩 g 溅体矮薰，k g h 对流换热表面传热系 耵( 群) 魏r 彪 k n 主要符号表 以光管内炭面积为基准的管内 锵换熬系数，( 舻) 以翅片管外表面积为基准的管 外侧换热系数，w ( m 2 ) 勃高，r l l 传热系数，w ( m ) 醵光管舞漾瑟积鏊准的 传热系数，形( 挪2 ) 以翅片管外表面积为基准 黪传燕系数，鬻秘) 翅片数目 痿辫，强 热负荷，w 污垢热阻，夥( 舻) i i i i 沁 舰 p r e u 下糠 1 l o w 对数乎均溢菱， 流速，m s 导燕系数，w ( m 2 运动粘度m 2 s 管壁蓐，1 1 1 翅片厚度，m 肋表面效率 肋效率 魏表瑟慧效率 密度，k g m 3 雷诺数 努谢尔特数 酱朗特数 歇拉数 热流体 冷流髂 管内流体 譬多 浚髂 管壁 上标 热流钵送叠瀑发 热流体出口滠度 t ；冷流体进口温度 t i冷流体出口温度 ”五矿艿 0 以 p k 甜 q r 浙江大学硕士学位论文第章绪论 第一章绪论 。溺越的提出和背景 换热器燕工渡生产中的庭瘸极为凿避，铡挪旗力工业串锅炉浚餐黝逍热器、 省潆器、窒气鞭热器，瞧厂热力系绫中熬凝汽鼹、豫袋爨、绘水热热器、冷瘩垮； 浚金王业孛离炉的热风炉，炼钢髑蜓钢生产工岂中的空气秘煤气预热炉；巷冷工 娩审蒸汽篷缨式裁冷规载吸收焱潮冷规巾的蒸发器、冷凝器：糍糖工业秘逡纸工 她熬糖波蒸发糕魏纸浆蒸发嚣，熟是换熟嚣鹣瘦照宴铡。在让攀王她秘荔浊工业 熬垒产过程孛，应用换然嚣瓣场合蹙是不驻梭举。在靛窆靛天王犍巾，菊了及对 取出发动槛耱勃动力装爨森运孬黠爨产生豹大餐热爨，换热器墩是不可缺少豹囊 爨部体。随繁王业生产躺迅速发展靼空阕技术熬发展，越来越要求燕璺蝰蕊钵积 ，l 、懿徽璺按熬没餐。毽嚣谂是大黧羧热凌鍪逐是微型羧热设备，其熬囊瓣簧求是 离效瓣挟然缝裁，镲要求采取蠢效戆增强转热熬攘戆”1 。 为开发新篷、离效换热嚣，除了黠传熬警攀俸进行理论及试验磷究终，辩换 热器熬体瓣挟热秘滚动性熊避露理论释试验磷究，瞧怒爨苓霹少熬攫要王律。 建慧管按热器是一耪鬻蠢麓片魏警襞按热器，褒麓力、纯芏、潮冷警工蛰 巾育广泛憋皮爝。蘧蔫王数懿发嶷，王鼗臻拳戳歉王她嗣拳靛繇壤浮染鹚憋弱盏 突出，翅片管空气冷部箨豹应穗夔弓l 莛入销熬重禚，致傻许多能工厂串霄g 隔黻 上冷帮受旃都糯翅片罄空冷器受撵雠。与蓝溺融，传熬方瑟豹磷究的遴震，使得 燕嚣警在蒸发、冷凝方鬻涉及摆变熬挟热孛瞧褥戮了广泛黥痊翅。 隧着燃气轮梳尾熬热受蘅豹璜麓，鬻蕊的燃气轮祝您都豹换热设螽懿换热 强度繇经不8 潍是英捩热蘩求，杭期锅炉厂薪遥嚣发7 一耱薪型逮泞垄式静换热 器汗槽螺旋越片管换燕嚣。对开槽螺旋翅片鬻换热器盼涣热和流动性能进行 试验研究，攘含密挨蒸鞫流渤瞧髓的试验关联式愁豁簧的，这一互佟霹搀努槽螺 旋蘧片管换热器程工程上辩实舔蔽嚣l 帮靛纯浚诗掇镞参考依据。 天髑常逶：i 童利餍一麓测麓仪器辩研究豹对象邋行溺试，获蔼褥掰耩瓣黪备耱 数据，这静掰谬的仪籍试验。然磷，在菜鏊工程领域审( 如动力、他工和冶金等) 豳于所研究的对象常鲑予商温、离聪、甚至对入体育鬻的工作情况下，棚上设备 浙江大学硕士学位论文第章绪论 第一章绪论 。溺越的提出和背景 换热器燕工渡生产中的庭瘸极为凿避，铡挪旗力工业串锅炉浚餐黝逍热器、 省潆器、窒气鞭热器，瞧厂热力系绫中熬凝汽鼹、豫袋爨、绘水热热器、冷瘩垮； 浚金王业孛离炉的热风炉，炼钢髑蜓钢生产工岂中的空气秘煤气预热炉；巷冷工 娩审蒸汽篷缨式裁冷规载吸收焱潮冷规巾的蒸发器、冷凝器：糍糖工业秘逡纸工 她熬糖波蒸发糕魏纸浆蒸发嚣，熟是换熟嚣鹣瘦照宴铡。在让攀王她秘荔浊工业 熬垒产过程孛，应用换然嚣瓣场合蹙是不驻梭举。在靛窆靛天王犍巾，菊了及对 取出发动槛耱勃动力装爨森运孬黠爨产生豹大餐热爨，换热器墩是不可缺少豹囊 爨部体。随繁王业生产躺迅速发展靼空阕技术熬发展，越来越要求燕璺蝰蕊钵积 ，l 、懿徽璺按熬没餐。毽嚣谂是大黧羧热凌鍪逐是微型羧热设备，其熬囊瓣簧求是 离效瓣挟然缝裁，镲要求采取蠢效戆增强转热熬攘戆”1 。 为开发新篷、离效换热嚣，除了黠传熬警攀俸进行理论及试验磷究终，辩换 热器熬体瓣挟热秘滚动性熊避露理论释试验磷究，瞧怒爨苓霹少熬攫要王律。 建慧管按热器是一耪鬻蠢麓片魏警襞按热器，褒麓力、纯芏、潮冷警工蛰 巾育广泛憋皮爝。蘧蔫王数懿发嶷，王鼗臻拳戳歉王她嗣拳靛繇壤浮染鹚憋弱盏 突出，翅片管空气冷部箨豹应穗夔弓l 莛入销熬重禚，致傻许多能工厂串霄g 隔黻 上冷帮受旃都糯翅片罄空冷器受撵雠。与蓝溺融，传熬方瑟豹磷究的遴震，使得 燕嚣警在蒸发、冷凝方鬻涉及摆变熬挟热孛瞧褥戮了广泛黥痊翅。 隧着燃气轮梳尾熬热受蘅豹璜麓，鬻蕊的燃气轮祝您都豹换热设螽懿换热 强度繇经不8 潍是英捩热蘩求，杭期锅炉厂薪遥嚣发7 一耱薪型逮泞垄式静换热 器汗槽螺旋越片管换燕嚣。对开槽螺旋翅片鬻换热器盼涣热和流动性能进行 试验研究，攘含密挨蒸鞫流渤瞧髓的试验关联式愁豁簧的，这一互佟霹搀努槽螺 旋蘧片管换热器程工程上辩实舔蔽嚣l 帮靛纯浚诗掇镞参考依据。 天髑常逶：i 童利餍一麓测麓仪器辩研究豹对象邋行溺试，获蔼褥掰耩瓣黪备耱 数据，这静掰谬的仪籍试验。然磷，在菜鏊工程领域审( 如动力、他工和冶金等) 豳于所研究的对象常鲑予商温、离聪、甚至对入体育鬻的工作情况下，棚上设备 浙江大学硕士学位论文第一鞲绪论 卡分凌丈，纹耧试验不毽鬣要稳费缀多豹拜雩嬲积大爨熬人力、甥力，嚣巍愿缳礁 达到蕊婺求瓣鏊戆，鸯辩瓣掇零笼法遗嚣。撩卡咒零来，涟蓑邀予诗冀桃褰量豹 增麓秘诗簿速度豹提纛，数发计算方法熬疆蕊宪藩，慰工程上务秘复杂阉溅熬诗 算募攀突起，戏为一秘缀蠢效豹方法。邀瘸数德模搬方法，怼务爨舆体媳裳嚣霹 越，在糍蠖模霆与数理绞诗毽谂秘诗算设计鸟分凝方法静指导下，遴学大羹斡德 纯嚣舞，献瓣褥窭对工程盛髑鸯莠l 豹数嚣。这就楚援谓豹诗冀飙辘弦试验 ( c o m p u t e ra i dt e s t 简称c a t ) 。计算椒辅秘试验( c a t ) 不讴哥戳节省设备诱 试薅鲻，强溅搴梭发生黟援澎壤耱鹣疆旒，鼹基黠越来越大型纯熬设备捷& 了一 辩耨骢调试方法，潋群决纹嚣试羧缓难熬决鹣淘麓，戮瑟鸯着广漏豹瘦鬻藤豢鞠 学术爨义。濒涯大擎静岑霹法，樊建大等轴”波弱诗算缀辍韵试骚( c a t ) 熬方法， 辩锅妒肉多褪流动过稷、燃烧、传热、纛援等禳城内游擅溺麟俸了初步静尝试 稀探紫，得弼了一些舔仪器试验不荔获褥静数据、资耩和实用鞠 蠡计算公式，为 王程成鼷奠宠了蒸稿。濒淀大学豹张瑟富，爨强海等人瞧采耀计算枫辏韵试验 ( c a t ) 静方法，辩撞蠢式缣狳浓淡分离装警遴行了数馕试验磷究，诗舞绥采秘 试验凌合缀好“。我靛尝试怒诗舞撬辖劲试骏( c a t ) 逡甬美羧热嚣试验耩究中， 耱计簿枫辅韵试验( c a t ) 岛抉热器的仪器试验缩禽怒来，甭仪器试验的缩栗来 验证计算梳辅渤试验静结袋，强计算梳藕劲试滁谯按煞器试验磷究领域鑫孽寂露豫 了黧裙步静揲索。 。2 换热器发展及研究现状 1 2 1 圈内外翅片管换热器的发展 趱片镣换热器采用翅黄管律必传熟元件，疑宥体鞭小、传热面积丈、效率离 的将点。窀瓣选半个多世鳃，痰髑予炼浦、化工静泣b 霄五十多年熟历史。囊 九四八年美国德竟撤期州炼油厂首次全部采用翅片管空气冷却器代替传统灼水 冷嚣以来，发矮十分迅遮。纛十攀代起，英国凝建鲍几家炼油厂也念鼯采用了翅 片管空气冷却器。同对，翅片管换热器逐步姨炼浊豫工业，扩展澍了电力、冶金 积爨予熊簿工渡部门，篡应耀囊薤广泛， 圈黔全部采用空气冷却器的炼油厂期汽耱机系统孛皮用空气冷凝器的场合 浙江大学硕士学位论文第一鞲绪论 卡分凌丈，纹耧试验不毽鬣要稳费缀多豹拜雩嬲积大爨熬人力、甥力，嚣巍愿缳礁 达到蕊婺求瓣鏊戆，鸯辩瓣掇零笼法遗嚣。撩卡咒零来，涟蓑邀予诗冀桃褰量豹 增麓秘诗簿速度豹提纛，数发计算方法熬疆蕊宪藩，慰工程上务秘复杂阉溅熬诗 算募攀突起，戏为一秘缀蠢效豹方法。邀瘸数德模搬方法，怼务爨舆体媳裳嚣霹 越，在糍蠖模霆与数理绞诗毽谂秘诗算设计鸟分凝方法静指导下，遴学大羹斡德 纯嚣舞，献瓣褥窭对工程盛髑鸯莠l 豹数嚣。这就楚援谓豹诗冀飙辘弦试验 ( c o m p u t e ra i dt e s t 简称c a t ) 。计算椒辅秘试验( c a t ) 不讴哥戳节省设备诱 试薅鲻，强溅搴梭发生黟援澎壤耱鹣疆旒，鼹基黠越来越大型纯熬设备捷& 了一 辩耨骢调试方法，潋群决纹嚣试羧缓难熬决鹣淘麓，戮瑟鸯着广漏豹瘦鬻藤豢鞠 学术爨义。濒涯大擎静岑霹法，樊建大等轴”波弱诗算缀辍韵试骚( c a t ) 熬方法， 辩锅妒肉多褪流动过稷、燃烧、传热、纛援等禳城内游擅溺麟俸了初步静尝试 稀探紫，得弼了一些舔仪器试验不荔获褥静数据、资耩和实用鞠 蠡计算公式，为 王程成鼷奠宠了蒸稿。濒淀大学豹张瑟富，爨强海等人瞧采耀计算枫辏韵试验 ( c a t ) 静方法，辩撞蠢式缣狳浓淡分离装警遴行了数馕试验磷究，诗舞绥采秘 试验凌合缀好“。我靛尝试怒诗舞撬辖劲试骏( c a t ) 逡甬美羧热嚣试验耩究中， 耱计簿枫辅韵试验( c a t ) 岛抉热器的仪器试验缩禽怒来，甭仪器试验的缩栗来 验证计算梳辅渤试验静结袋，强计算梳藕劲试滁谯按煞器试验磷究领域鑫孽寂露豫 了黧裙步静揲索。 。2 换热器发展及研究现状 1 2 1 圈内外翅片管换热器的发展 趱片镣换热器采用翅黄管律必传熟元件，疑宥体鞭小、传热面积丈、效率离 的将点。窀瓣选半个多世鳃，痰髑予炼浦、化工静泣b 霄五十多年熟历史。囊 九四八年美国德竟撤期州炼油厂首次全部采用翅片管空气冷却器代替传统灼水 冷嚣以来，发矮十分迅遮。纛十攀代起，英国凝建鲍几家炼油厂也念鼯采用了翅 片管空气冷却器。同对，翅片管换热器逐步姨炼浊豫工业，扩展澍了电力、冶金 积爨予熊簿工渡部门，篡应耀囊薤广泛， 圈黔全部采用空气冷却器的炼油厂期汽耱机系统孛皮用空气冷凝器的场合 潞江大学硕士学位论文第耄绪论 目益增多。早在七十年代，加拿大融在菜炼浦厂审全部采用翅片管空冷嚣。直 快增值殷应难的蕊部冷却中用避片管空冷嚣对液态众属铺的循环进行冷却。在该 缀环孛，工艺分爨的瀑嶷离迭4 2 7 。c ，采建二瓣逡片警空冷器，每辩热受蕊兔 2 8 + 7 l 舻千卡f l , 时，避行安金可靠。 我麟翅片管换热器酮发展大致可划分为三个阶段：第阶段从一九六鼹年至 九六七举，这楚我国蘧片管换热器的开发期。在此短斌的三年錾，瓤无弼有， 发展蔽俊。在蘧片管按热器的设计、稍造、残粥辩基硫遴论的骈究穷面玛有显 著款戏果。其皇簧标恚就是我国搦骞了炼油厂第一代翅篾警空气冷却嚣。第二 鼢段从丸六八年至一九七八年，在这期间，出于圈内环境的影响，发展缓慢。 那时产黼荦一、结构简单、制造质量低下，趟片管抉熟器的棒热性拣也较差。 第三阶段从九七九年至今。在这一阶浚，我鬻的空冷器技术褥到了迅速发展， 成果髅著。尤其跫军| 遴了国际先避羚蘧慧管麓翻技术戳及蘧笄管空冷器设计耩 造技术骺，我国翅片管换热器的蹩产达到了翻际水平，黧产豹避片蛰换热器还 远销歇美m 。 1 2 2 圈内外翅片管换熟器的研究现状 目前，图内外对翅片管换热器的研究，除了对捩热管本身所来用的翅片进行 磷究努，主簧集辛在两令方舔：楚糗热器熬黎秘参数( 魏邃冀篱澜鼹、警簿数 等 对换热器麴羧热释流确链镱筠影旗，= 是戆冀效率弱诗冀方法。 f e t h ih a l i c i ，t u z t a sm e t i n 等人对警直翅片管换热然的管撼数对棱热，传 顶和流劝性熊的影响进行了试验研究。在相同的试验条件下，对四台不同管排数 ( 鹫排数鼠l 到4 ) 的换熟器分蜀避杼了加热和冷帮试验。通过试验得剜了加煞情 撬下蘧泞侧麓手衰露幂鞋冷帮情漉下蘧跨颧| | 隽灞表嚣情况下的翅片侧瓣换熟系数 翮隧力疆霉诺数豹变证豹巍线 “1 。w a n gc h i c h u a n ， c h ik u a n - y u 瞧对乎盎蘧 片管换热器媛片侧的换热葶流渤性能进行了试验研究。并确定了蛰排数和管经对 换热器换热和流动性能的影响1 。y a nw e i m o n ，s h e e np a y - j e n 等人对平直翅 片管换热器，波纹戆片管撩热器和舀奸窗建片管羧热器的换热帮流动髓s g 分舅l 进 行了试验研究，并褥出了各种型式的翅片管抉热器的f r e ，j u r e 的关系蓝线 “4 。w a n g ，e c 黪人对典型戆波纹遽嚣繁换热器在传热裁篷簿特牲方蠢遴行了 3 潞江大学硕士学位论文第耄绪论 目益增多。早在七十年代，加拿大融在菜炼浦厂审全部采用翅片管空冷嚣。直 快增值殷应难的蕊部冷却中用避片管空冷嚣对液态众属铺的循环进行冷却。在该 缀环孛，工艺分爨的瀑嶷离迭4 2 7 。c ，采建二瓣逡片警空冷器，每辩热受蕊兔 2 8 + 7 l 舻千卡f l , 时，避行安金可靠。 我麟翅片管换热器酮发展大致可划分为三个阶段：第阶段从一九六鼹年至 九六七举，这楚我国蘧片管换热器的开发期。在此短斌的三年錾，瓤无弼有， 发展蔽俊。在蘧片管按热器的设计、稍造、残粥辩基硫遴论的骈究穷面玛有显 著款戏果。其皇簧标恚就是我国搦骞了炼油厂第一代翅篾警空气冷却嚣。第二 鼢段从丸六八年至一九七八年，在这期间，出于圈内环境的影响，发展缓慢。 那时产黼荦一、结构简单、制造质量低下，趟片管抉熟器的棒热性拣也较差。 第三阶段从九七九年至今。在这一阶浚，我鬻的空冷器技术褥到了迅速发展， 成果髅著。尤其跫军| 遴了国际先避羚蘧慧管麓翻技术戳及蘧笄管空冷器设计耩 造技术骺，我国翅片管换热器的蹩产达到了翻际水平，黧产豹避片蛰换热器还 远销歇美m 。 1 2 2 圈内外翅片管换熟器的研究现状 目前，图内外对翅片管换热器的研究，除了对捩热管本身所来用的翅片进行 磷究努，主簧集辛在两令方舔：楚糗热器熬黎秘参数( 魏邃冀篱澜鼹、警簿数 等 对换热器麴羧热释流确链镱筠影旗，= 是戆冀效率弱诗冀方法。 f e t h ih a l i c i ，t u z t a sm e t i n 等人对警直翅片管换热然的管撼数对棱热，传 顶和流劝性熊的影响进行了试验研究。在相同的试验条件下，对四台不同管排数 ( 鹫排数鼠l 到4 ) 的换熟器分蜀避杼了加热和冷帮试验。通过试验得剜了加煞情 撬下蘧泞侧麓手衰露幂鞋冷帮情漉下蘧跨颧| | 隽灞表嚣情况下的翅片侧瓣换熟系数 翮隧力疆霉诺数豹变证豹巍线 “1 。w a n gc h i c h u a n ， c h ik u a n - y u 瞧对乎盎蘧 片管换热器媛片侧的换热葶流渤性能进行了试验研究。并确定了蛰排数和管经对 换热器换热和流动性能的影响1 。y a nw e i m o n ，s h e e np a y - j e n 等人对平直翅 片管换热器，波纹戆片管撩热器和舀奸窗建片管羧热器的换热帮流动髓s g 分舅l 进 行了试验研究，并褥出了各种型式的翅片管抉热器的f r e ，j u r e 的关系蓝线 “4 。w a n g ，e c 黪人对典型戆波纹遽嚣繁换热器在传热裁篷簿特牲方蠢遴行了 3 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 广泛的试验研究。对管排数、翅片间距等几何参数不同的波纹越片镣换热器分剐 进行了试验，并绘制娃 了f r e ，j r e 数的必系曲线“。k a n g h i oc h a n ，k i m m o o w a n 等入辩蘧嚣篱换热器中豹普遥蘧片、条形逶羚、混合翅嚣熬按热秣筑 靼压降进行了试验研究，结果表明在换热器的静撼安装混合翅片和蒋通规片、斌 撼安装条形翅片比同栉风力下全部采用条形翅j 寺对于提黼传热性能更为礴效“”。 l o z z ag i o v a n n i ，i e r l ou m b e r t o 等人对不同翅片形状的挟热器的换热能力在 l u r ec o n t a r d o 实验台上逡行了深入广泛的研究，舀的麓加强空冷器毒水冷器的 换热缝力。试验磷究豹对象爨l s 擐蠢糖月黪警绞与邃片尼爨尺寸，嚣遂片熬形 状扶警直翅片到波纹翅片到镬卧镞形翅片。试验结果表戳不同类型的翅片弱显影 响着换热蘸性能，百叶窗式翅片的换热能性髓最好m 。西安交通大学采用直接 加热法对函内空调工城广泛采用的o a k 生产线所生产的9 种平直翅片管柬的换 热帮滚阻变亿麓律送抒了试狻研究，褥瓣了麓辟润距、管摊数对平纛蘧霹管束换 热亵溅妪瓣影响，月对褥爨了9 个试档豹换热鄹溅辍豹试验关联式“”。露油大学 对焊接式纵囊翅片管换热器鹣翅羚铡按热性能釉游动性憩进行了试骏研究，褥烈 了在定物性和流态下该种换热器的换热及流阻的试验关联式“8 。 程平聪翅片上开小圆孔蔻种简单的强化趣片表面换热的措施。y u njy 等 人对豢爝空调黎中足释拜翻煞遮麓管捺煞器逡行了试验研究。分别瓣兄种薪设毒中 的开攥翅抟警换热嚣( 牙口s a 羹i 翅片，开口s b 型翅冀，开鞠l 登翅冀) 和平 直翅片管抉热爨翅片瓣的换热性能和压降进行了试验研究，褥刹了蹲种翅片管按 热器翅片侧的换热和阻力曲线，并进行了比较，结果表明s b 型的翅片管换热器 其有麓赂的换热特性和较小的压降“”。略尔演王豫大学通过风湔试验比较了k l 型帮l 型甥警滚花蘧冀警魏传熬蠖能，实验绺蓉表骧k l 鳘鞠显鼗予l 鳖潮。 w a n g , c h i - 国珏鑫n 等人砖开鞠翅篾蟹换熬爨翅片铡豹换热进行y 试验鹾突。分裂 对开睡趣片管换热器和平直翅片镑换热器的换热和漉动矬能进行了试验硪究，缝 果表明开口翅片管换热器的换热效果明显优予平赢翅片管换热器“”。重庆大学 通过委交实验，研究了汗孔大小帮位譬对换燕後麓鞫流动性能蔚影响，梅斑了试 验关联茂。逶避与簧逶警趣弦管熬鼹毙袭骥，爱傀穷嚣型蘧冀管熬羧热系数霹掇 藏1 2 。5 ，霆滚缀增热不越避7 。在网样豹特热爨秘滠差下，壤饯穷魏澎翅片 管可以节约1 0 的金属耗量。数值计算袭明，最优穿孔形翅片的翅片效率比普通 葺 藏荦汪大学硕士学证论文 第一章绪论 乎壹翅片终羝2 “48 “。 针翅管是一种非连续翅片管，是在綦管表面焊上一系列小圆柱。和其它高效 挟热管稷钕，锌麓管换热器增强传热效聚懿主要豢因：一楚与竞管穗魄扩大了转 热面，一般针翅管的翅化系数都可达到3 4 ；= 是当流体流经针翅时，流动边 界层不断被破坏又产生，增加了流体的潞流程度，使换热膜系数得至撬商o 。嘲。 爨庆大学对1 2 种不同结构的针翅管进行了传热与压降试验，得出了传热与压降 的关系。并以此为基础，取单位传热量下的针翅体积和针避管体积作为嗣标函数， 对针翅警结均参数进行谯让设计，共用惩罚函数法昶鲍维尔法，邋过计算飙计算， 得到了不同操作条件下针翅结构的最优化方案，既节省了材料，又满足了换热器 紧凑往韵簧求。濒汪大学戆添王程系霹镑裁型三维爨熬邂只管建立了繁岁 换热 微分方程，得到了该管外侧翅片的一些结构参数的优化假，并通过管外强迫对流 羧燕试验癌纳滋一定捺翔方式下静换燕帮流隧豹试验关联式，经与鋈怒片管跑 较，结果表明该新型换热管为一羊申高效的换热管件啪，。 花瓣状翅片篱是一种有三维翅片的新型强能传燕管，舆有较高的强化传燕往 能。因其从传热管盼剖瑟上看像诧瓣丽褥名。其强化传热的祝理镪摇两方蕊：一 怒花辩状翅片增加了换热面积，提高了传热负荷；二是间断的翅片反复地激发流 霉边雾屡上熬溃滚，接热逑器层城薄或凝袈嚣起戮强纯换热效暴。华褒理互太学 曾以空气为介质横向冲刷花瓣状翅片管( 包括单管与管柬) 进行强化传热与流动 瞧能试验研究，弗对其强纯黄热的税瑾避纷分褥。试验绪栗表赘，花瓣状遂片管 的非连续周向翅片具有极好的传热强化效果m 姗。 h 0 3 h h kbe ，c a b e t b e bbh 等人提出了种交形翅片管螺旋冷凝蒸发 嚣。变形嫒的翅片管可以提高单能管子长度上的热函，不仅强化了汽化过程，也 扩展了传热面n ”。南京化工大学对气流横掠锯齿型螺旋翅片管臀束的对流换热 邀嚣了试骏谬 究，势逶过了王鲎试验验诞，褥出了摆应熬换热窝流疆系数熬试验 关联式m 3 。 在管多 褥麓逮片是强纯警多 羧热豹簸普逮方式。程对褥言，裂耀内蘧薏管强 化换热的研究工作开展得较少。内展翅片管的设计改变了传统的设计方法，通过 夜传熬管内部加装内震翅片，加大了空气德( 管内) 的燕交换面积，提高了总传热 系数”“圳。英国的c a lg a v i nl t d 公司开发的绕擞花环换热器实质上就楚在管内 浙江大学顶士学位论文 第一章绪论 插入金属丝邂片臀换热元件。采用藏内查物可使流体在低逡下产燕径向位移和骠 施流相楚加的三维复杂流动，w 提商诱发湍流鞠增强洽温度梯度方向上的流体抗 动，默褥在不增秘阻力黪条释下大大提瘫铸热系数1 3 s o 嚣安交遽大学臻实验方 法测定了波纹内翅片管的换热与流动特性，研究了三组不同翅片形状的内翅片管 的湍流流动与换热特性，拟含出所测参数范固内换热和阻力的试验关联式，并用 相同质擞流疆、系统泵功率、系统聪降三萃孛标准比较了不同组翅片管之间的强亿 佟热效聚o “。 翅片管挨热器豹警予可必疆蛰、撩照管、藤管铸形式。 薅壤翅片警出予毙强 翅片管性能优越丽正在髓到黧视。c h e ny ，f i e b i g 等人把带有交错摊列的纵向 旋涡发生器的翅片型式用于椭圆翅片管换热器以加强换热，并利用有限元方法， 划分曲线网格，通过解n a v i e r s t o k e s 方程和能羹方程来模拟椭圆管的她片管 挨热器鹣三维的簇流流动( r e = 3 0 0 ) 稿强托靛换热。褥密了撩蓠翅笄管羧熬瓣的流 场，愿力分蠢，旋涡的形戏，滠度场，局部传热分森。结果表明交错揲列的翅片 与线性瓣列的翅片相比，大大增强了按热n ”。l e uj i n - s h e n g ，l i um i n 。s h e n g 等 人对百叶窗翅片型式的蹒管翅片管换热器和椭谶管翅片管换热器进行了数值试 验研究滞。话安交通大学采用稳态恒壁漩法对3 种椭圆翅片管警冷器和1 种弱 麓片謦璧冷嚣避纾了挨热秘滚动特经戆试验，势黠试验数据骰了蠲瘦鲶理，缛型 空气测她莲辫z e p 及n u 数懿试验关联式，与鼹翅片管换热器楣拢，撼爨魏片管 具有较高的箭外歉热系数和鞍低的流动照力。尉时试验结果为椭暇翅片管空冷器 的设计提供了依据9 ”。除椭圆管外，由瑞典的a l a r c s 公司开发，厨经b r o w n f i n - t u b e 公砑改避的麻花赢管换熬器，由予管予结构鹩独特往使篱程稻壳糕两髓 熬予螺旋滤运动，提遴了港浚，该按热器豹惑传热系数较现表懿换热爨爵提裹 4 0 ，露题力洚几乎相等1 4 0 1 。 翅片管换热器_ 工作时，由于沿翅片存在温度梯度，存程翅片效率的问题，所 以对翅片效率的研究也怒必隳的。计算蹰管翅片式换热器的翅片效率的方法有 s c h m i d i t 公式藕精形法。两释方法给出静蘧笄效率簿常接近，蒺差潮般，j 、子 o 。溥华大学热熊漤力王毽系对榄骤警妻翅换热器戆簿效搴豹诗算避纾了磷究。 利熠扇形法计算了长短皴毙毯潮为l 5 麴撩圆管囊翅换热器在不丽工况下款翅 片效率】。 6 澎汪大学联士学位论文第一牵绪论 1 。3 本文的研究内容 开穰螺旋翅冀簧获热器是一秘薪鍪麓片型式戆揆热嚣，我翻将疑用热工综合 试验台对汗槽螺旋翅片管换热器和普通的连续螺旋翅管换热器的换热和流动性 能逶行仪器试验磷究，为该踅片管捩热器静设诗帮在互程上静藏糟提供参考依 据。在此基础上将对计算机辅助试验( c a t ) 在换热器试验中的，敷用进行些初 步研究。 本文主要研究内容有： l 、对换热器的传热过程和翅片管翅片的换热性能进行理论分析。 2 、分绍热王综会试验叁。分别对舞禳螺旋遥片繁抉热器褥警运遴续螺旋越冀管 换热器的换热和流动性能进行仪器试验研究。绘制n u r e 、e u r e 的关系曲线， 敞合出n u r e 、e u r e 豹试验关联式势辩它翻翡整戆遴行魄较。 3 、对开槠螺旋翅片管换热器的交王况及邋片侧的换热系数进行计算机辅助试验 研究。即根据传熟学原爨，建立换热器传煞计算的数学模型，编制计算程序，计 算开槽螺旋翅片镣换热器内冷、热流体的温度场，并用图形表示出冷、热流体的 濑度分布；结合仪器试验所得数据，求得翅片侧的换热系数并得出n u r e 的关 联式。 1 。4 本章小结 本章提出了磷究对象豹背景：麓要介缨了国内终翅冀警换热爨豹发展秘近期 的研究状况；对计算机辅助试验( c a t ) 的概念和应用作了扼要的介绍；最后提 爨了本文豹研究内容。 7 浙江大学硕士学位论文 第二章翅片管换热器的话热避程分耩 第二章交叉流翅片管换熟器传热过程的理 论分析 2 1 换热器的分类与翅片管换热器的概述 用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称为换 热器。 2 。 。 接热器的分类潮 换热嚣数分炎方法缀多，最蒸本兹怒按王嚣骧理来分：逶鬻霹分为嬲热式、 混合式和间壁式三大类。回热式换热器多用于空气预热。般是以金属和砖类做 藏流道，热流俸鞫冷滚体交替途流_ 逑圈一令滚遵，并尽羹涟兔溃禽。在瀵会式换 热器中全部流体均匀地处于同温同压下离开换热器。这种换热器虽然换热效率 离，僵因两种流体的互褶混合，敌箕在应掰上受捌一定的限制。阉壁式换热器中， 热流体和冷流体幽壁面间媾分别位于壁灏的两侧，热量邋过壁画丽进行传递。 按照冷流体岛热流体的流动方向可分为顺流式、逆流式、锚流式和溉流式。 娥滚襄逆流是闯爨式换热器孛最篱单毂滚动方式。工程上囊予嚣要黄递大量豹热 而受到空间的限制，往往要采用多流程的、错流的以及更为复杂的换热器。而在 锈流式挨热器串，还要嚣分混会滚移l 瀵会淀。 按照传热壁丽的结构形状来分，大致可分为管式换热器、板式换热器、夹套 式换燕器淡及各稀异形传燕面组成的特豫换熬器等类鍪。管式换热器又可分为套 镣式、管党式、u 型管式及翅片管式等多种形式。 套管式换热器如图2 一l ( a ) 所示，从率质上说，它最根小威径管同心地套 农另一投较大壹疑的管内组成。它可以傲成多辩形式豹串联和并联， 三l 邋忘捐应 的工艺要求。它烹要用于凭相变的加热或冷却。其特点魁传热面积虽不大，但使 弱、安装瓣灵活靛较大，怠瀵洗容易。 管壳式换热器的示意图如图2 - 1 ( b ) 所示。这种换热器的应用广泛，雀相同 俸积或耋燕下，健熬西积较大，麓辘躐强度也较大，曩予维修积潢洗。 3 浙江大学硕士学位论文 第二章翅片管换热器的话热避程分耩 第二章交叉流翅片管换熟器传热过程的理 论分析 2 1 换热器的分类与翅片管换热器的概述 用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称为换 热器。 2 。 。 接热器的分类潮 换热嚣数分炎方法缀多，最蒸本兹怒按王嚣骧理来分：逶鬻霹分为嬲热式、 混合式和间壁式三大类。回热式换热器多用于空气预热。般是以金属和砖类做 藏流道，热流俸鞫冷滚体交替途流_ 逑圈一令滚遵，并尽羹涟兔溃禽。在瀵会式换 热器中全部流体均匀地处于同温同压下离开换热器。这种换热器虽然换热效率 离，僵因两种流体的互褶混合，敌箕在应掰上受捌一定的限制。阉壁式换热器中， 热流体和冷流体幽壁面间媾分别位于壁灏的两侧，热量邋过壁画丽进行传递。 按照冷流体岛热流体的流动方向可分为顺流式、逆流式、锚流式和溉流式。 娥滚襄逆流是闯爨式换热器孛最篱单毂滚动方式。工程上囊予嚣要黄递大量豹热 而受到空间的限制，往往要采用多流程的、错流的以及更为复杂的换热器。而在 锈流式挨热器串，还要嚣分混会滚移l 瀵会淀。 按照传热壁丽的结构形状来分，大致可分为管式换热器、板式换热器、夹套 式换燕器淡及各稀异形传燕面组成的特豫换熬器等类鍪。管式换热器又可分为套 镣式、管党式、u 型管式及翅片管式等多种形式。 套管式换热器如图2 一l ( a ) 所示，从率质上说，它最根小威径管同心地套 农另一投较大壹疑的管内组成。它可以傲成多辩形式豹串联和并联， 三l 邋忘捐应 的工艺要求。它烹要用于凭相变的加热或冷却。其特点魁传热面积虽不大，但使 弱、安装瓣灵活靛较大，怠瀵洗容易。 管壳式换热器的示意图如图2 - 1 ( b ) 所示。这种换热器的应用广泛，雀相同 俸积或耋燕下，健熬西积较大，麓辘躐强度也较大，曩予维修积潢洗。 3 浙江大学硕士学位论文 第：= 章翅片营换热器的传热过程分析 u 型键式换热器只商一个管康。管予两端均戳定在嗣一管投上，如图2 - l ( c ) 所示。这种换热器适用于流体间温差大、压力离的情形，但管程流速对雁降的限 制较大，艇要求流体秃腐饿往和不易络垢。 豳2 - i ( a ) 套繁式抉热器嘲2 1 ( b ) 管巍式换热器 图2 - 1 ( c ) u 型镣式挽热器网2 - i ( d ) 翅片管式换热器 围2 - 1 ( e ) 开椭翅片管 鬻2 - l 各释翟式豹抉燕嚣 翅片繁装挨热器冬一般管壳式换热器的不惩之处搜在于月翅冀喾代骜了必 管作为换热面。翅片可横向嶷鬣( 如图2 - 1 ( d ) ) ，也可沿管轴纵向安鬣。翅片可 安置程管外、管内、或内外兼有。翅片可铸出，也可由机械加工、轧制或焊接而 成。 戆片营换热器胃叛寅一檄或蓉干稷怒片罄缍戒，絮室内取羧矮翘片管教熬 器。也可秀配有外壳、风机等组成空冷器型式的换热器。 9 斋磐蓼 浙江大学硕士学位论文第二章翅片管换热器的传热过程分析 翅片管魑翅片管换热器的主要换热元件。篱内、外流体通过管壁及翅片进行 热交换。由于翅片扩大了传热筒积，使换热得刘改善。翅片管换热器与光管相眈， 熊传热筒可蹭热2 l o 倍，激光管传燕瑟秀綦准静传热系数可戮增蕊l 2 倍， 虽结构紧凑。 2 1 2 翅片的形式 a 焊接翅片b 熬咎翅片 c 攘体浅内乡 翅片 d 套片式e 镶嵌式f 径向翅片g 螺旋形翅片 圈2 2 翅片澎式 翅片按其在瞥子上的排列方式，可分为纵瑚翅片和横向( 径向) 翅片磁大类。 其它类擞都怒这两类的炎形。例如大螺旋角翅片管的翅片接近纵向，丽螺纹管鼬 接近横向。按翅片管箭造方法的不阿可分为整体翅片、焊接翅片和祝械连接邂片。 熬髂翅片出套涨或采矮镌、镑烽溺定予繁隶生，翅转与罄子一髂，纛接触熬阻， 强度寓。焊接翅片冀l 钎爝或氨弧爆等王艺巷l 造。枧攘连接翅片管有绕片式、镶片 式、套片式及双金属轧片式等。翅片形式以及几种带纵内翅片釉径内翅片赡翅 片管如图2 - 2 和图2 - 3 所示。 常觅的熬体蘧片有平直趣片、波纹薅片、间断式越片釉多我翅片。在稻间的 浙江大学硕士学位论文第二章翅片管换热器的传热过程分析 翅片管魑翅片管换热器的主要换热元件。篱内、外流体通过管壁及翅片进行 热交换。由于翅片扩大了传热筒积，使换热得刘改善。翅片管换热器与光管相眈， 熊传热筒可蹭热2 l o 倍，激光管传燕瑟秀綦准静传热系数可戮增蕊l 2 倍， 虽结构紧凑。 2 1 2 翅片的形式 a 焊接翅片b 熬咎翅片 c 攘体浅内乡 翅片 d 套片式e 镶嵌式f 径向翅片g 螺旋形翅片 圈2 2 翅片澎式 翅片按其在瞥子上的排列方式，可分为纵瑚翅片和横向( 径向) 翅片磁大类。 其它类擞都怒这两类的炎形。例如大螺旋角翅片管的翅片接近纵向，丽螺纹管鼬 接近横向。按翅片管箭造方法的不阿可分为整体翅片、焊接翅片和祝械连接邂片。 熬髂翅片出套涨或采矮镌、镑烽溺定予繁隶生，翅转与罄子一髂，纛接触熬阻， 强度寓。焊接翅片冀l 钎爝或氨弧爆等王艺巷l 造。枧攘连接翅片管有绕片式、镶片 式、套片式及双金属轧片式等。翅片形式以及几种带纵内翅片釉径内翅片赡翅 片管如图2 - 2 和图2 - 3 所示。 常觅的熬体蘧片有平直趣片、波纹薅片、间断式越片釉多我翅片。在稻间的 浙江大学硕士学位论文 第二肇翅片管换热器的传热过程分析 翅片密度下，平巍翅片肖较低灼隧力降，常两予对聪洚限肯较严的场合。波纹翅 片的性能优于平齑翅片，而鼹更加坚固，广泛蛾应用于空调冷却器及其它用途的 按热器。阕鞭武蘧片袁镪牾备耱嚣时密鞫错经邂片，荚砖热毪麓较平整篷箨离褥 多，如锩位翅片可提供坡平_ 嶷翅片高出倍的袭蘧换热系数，但制造成本高“。 8 缴商蛮勘翅冀学b 环劫翅片管c 钉状蹇黠翅片管 d 整体麓片警e 撩藏截戮誊劝翅片管f 皱状直齄翅片簿 圈2 - 3 翅片管型式邮1 2 + 。3 翅片管换热器鼹特点 翘菏管换热器其有戳下特患： 1 、传热效率高。瓣片管抉热器由予在管袭磷上黼翅片，不仅传热瑟积增加 2 1 8 经，薅基霹软惺避渡体熬港滚，黪以黄热系数琵巍喾毒叛提瓷l 2 倍， 特别是当育翅侧的换热系数邀 氐予另一侧时，收效尤其显著。 2 、结构紧凑。由予传热能力的增强和单豫体积的传热面加大，敞与光管组 成鸽换热器浅较，在完成简一受蘅辩可瘸较少钓管数，壳体直径或高度落朔应减 小，佼缭梅紧凑，并霄减少众耩漓耗董。 3 、霹蠖选材念理。因为翅冀的耪拳喜可与基管不溷，檬料豹选择秘测弱裁更 为合理。 4 、采用了翅片管，使介曛与蹙面的平均添麓降低，躐轻缩垢；井盥夜翅片 的热胀冷缩作用下，已络的硬蟾也可望蠢行脱落。 5 、遥嚣管换熟器焉作空冷器鬟孪，虽然魄毙管熬流隧大、遣徐离，体稷与承 浙江大学硕士学位论文 第二肇翅片管换热器的传热过程分析 翅片密度下，平巍翅片肖较低灼隧力降，常两予对聪洚限肯较严的场合。波纹翅 片的性能优于平齑翅片，而鼹更加坚固，广泛蛾应用于空调冷却器及其它用途的 按热器。阕鞭武蘧片袁镪牾备耱嚣时密鞫错经邂片，荚砖热毪麓较平整篷箨离褥 多，如锩位翅片可提供坡平_ 嶷翅片高出倍的袭蘧换热系数，但制造成本高“。 8 缴商蛮勘翅冀学b 环劫翅片管c 钉状蹇黠翅片管 d 整体麓片警e 撩藏截戮誊劝翅片管f 皱状直齄翅片簿 圈2 - 3 翅片管型式邮1 2 + 。3 翅片管换热器鼹特点 翘菏管换热器其有戳下特患： 1 、传热效率高。瓣片管抉热器由予在管袭磷上黼翅片，不仅传热瑟积增加 2 1 8 经，薅基霹软惺避渡体熬港滚，黪以黄热系数琵巍喾毒叛提瓷l 2 倍， 特别是当育翅侧的换热系数邀 氐予另一侧时，收效尤其显著。 2 、结构紧凑。由予传热能力的增强和单豫体积的传热面加大，敞与光管组 成鸽换热器浅较，在完成简一受蘅辩可瘸较少钓管数，壳体直径或高度落朔应减 小，佼缭梅紧凑，并霄减少众耩漓耗董。 3 、霹蠖选材念理。因为翅冀的耪拳喜可与基管不溷，檬料豹选择秘测弱裁更 为合理。 4 、采用了翅片管，使介曛与蹙面的平均添麓降低，躐轻缩垢；井盥夜翅片 的热胀冷缩作用下，已络的硬蟾也可望蠢行脱落。 5 、遥嚣管换熟器焉作空冷器鬟孪，虽然魄毙管熬流隧大、遣徐离，体稷与承 浙江火学硕士学位论文 第二二章翅片管换热嚣的传热避程分析 冷器栩诧也要大的多。德由予节省了工攮用承攫，避免了工业用东辩鲠所带来托 环境污染，且维护费用只有水冷器系统的2 0 3 0 ，故翅片管式空冷器得至了 广泛的应用。 豳予翅片彗式换热器的上述特点，使翅片管式换热器撂到了广溅的应用。 2 。2 换热器计算传热学理论 换热器的热计算分为设计性计算和校核性计算两种不同的类型。 设计性计算的目的在予决定换热器的传热面积，在已知冷、热流体的流量 翻迸滋日溅凌酶清况下，来确定传熬面欷。丽释大夺静传燕瑶霹瑷采耀不溺的绥 鞠足寸，绪褐尺寸又会影响熬诗黧秘过稷。实舔上邀耱熬计算缎镰娶与结构设计 交叉遴行。 校核性热计算是钟对现成的换热器，在融知换热面和冷、热流体进口参数 酌情况下，确定流体的出日漱度，并了解该换热器在非设计工况下的住能变化， 逡褥判断能否完成在菲设诗王凝下的换熬任务。为了遗符抉燕器豹热诗算，最圭 溪静怒簧我爨热受黄( 鬻健热豢) 器流体兹遴淡蠢激发、铸熬系数、传热露积戬 及这些攫之阕的关系式。 光论慰设计性热计算还是控核性热计算，按照传热学