中低雷诺数翅片风洞试验台系统设计与性能试验

1、毕 业 论 文中低雷诺数翅片风洞试验台系统设计与性能试验目 录摘 要iiabstractiii第一章 绪论11.1板翅式换热器发展概况11.2板翅式换热器特点及构造原理11.3板翅式换热器材料与制造工艺31.4新型板翅式换热器的开发现状4第二章 翅片性能试验风洞系统设计52.1风洞试验台52.3测量系统72.4离心风机的选型92.5风洞试验台设计132.6试验元件14第三章 数据处理173.1计算公式173.2试验步骤223.3数据处理22第四章 总结与展望24参考文献25摘 要翅片是板翅式换热器的基本元件，传热过程基本靠翅片来完成的。因此对翅片的表面的性能研究显的十分必要。目前，采用风洞实验

2、对各种紧凑式换热器的传热表面进行传热与阻力特性的研究已日趋成熟，风洞实验也因此成为此项研究的一种重要而有力的手段。为了研究翅片表面在中低雷诺数下j因子与f因子与雷诺数的关系，而设计搭建了本风洞试验台。而实验方法采用空气-蒸汽（汽-气法）对板翅式换热器传热表面进行测试。本文将着力描述风洞试验台的设计和翅片的传热计算，并阐述其实验的步骤和原理。并对试验数据进行处理和对结果进行分析，给出了中低雷诺数下j因子和f因子与re的关系。关键词：中低雷诺数；风洞试验台；翅片；性能试验abstractthe fin plate-fin heat exchanger components, the heat tr

3、ansfer process to complete basic rely on fin. on the fin surface properties of the very necessary. at present, the use of transfer and pressure drop characteristics of the wind tunnel experiments on a variety of compact heat exchanger heat transfer surface has matured, the wind tunnel experiment has

4、 thus become an important and powerful means of this study. in order to study the j factor and f factor and reynolds number of the fin surface in the low reynolds number, design and construction of the wind tunnel. the experimental method using air - steam (steam - gas france) to test the surface of

5、 the plate-fin heat exchanger. this article will focus on the description of the wind tunnel design and finned heat transfer calculations, and describes the steps and principles of the experiment. and test data processing and analysis of the results, given the j factor and f factor in the low reynol

6、ds number re,.key words: the low reynolds number； performance test； wind tunnel test-bed； fin； performance test第一章 绪论1.1板翅式换热器发展概况早在1930 年英国马尔斯顿艾克歇尔瑟公司就用铜合金浸渍钎焊方法制成航空发动机散热用板翅式换热器。经过80 年的发展, 目前板翅式换热器作为一种高效、紧凑、轻巧的的换热设备, 板翅式换热器的传热与流动阻力性能主要决定于翅片的表面特性，因此翅片的表面特性数据是准确设计板翅式换热器的基础。翅片形式有很多种，常用的有平直形、锯齿形、多孔形、波纹

7、形、百叶窗形。美国斯坦福大学的kays和london等曾对紧凑式表面进行了较系统的实验研究，提供了40多种翅片形状的板翅式翅片的传热和阻力曲线图。shah对平直翅片的研究表明，宽高之比较大的矩形通道，品质优于三角形（正弦行）通道。joshi和webb对锯齿翅片的表面特性进行了研究，提出了一系列关联式，指出锯齿翅片的切开长度越短，传热性能越好，但压降也增加。goldstein和sparrow应用传质模拟方法对波纹翅片进行了试验研究，结果发现，对低re层流，波纹翅片引起传热强化很少，而对低re湍流具有明显的强化效果。多孔翅片亦属于高效翅片，shah通过多种多孔翅片表面传热、压降和流动特性试验，提出

8、了一些可供参考的结论。国内，关于翅片表面性能的研究主要针对锯齿翅片，张力等人对锯齿翅片传热特性及切口的错开位置的影响进行过试验。李建军等通过对油水板翅式换热器进行的性能试验，得到了低雷诺数流动下板翅式换热器翅片侧传热与阻力特性数据，并在此基础上获得了锯齿翅片传热因子与摩擦系数的准则关系式。从各国翅片的表面性能数据分析，发现其传热效果与摩擦损失约有30%的差别。这些差别主要是由翅片加工方法、翅片材料、试验芯子钎焊工艺、测量精度等因素造成的。随着有色金属和不锈钢防腐技术和钎焊工艺技术的提高，近年来在石油化工、航空、车辆、动力机械、空分、深低温领域等工业部门中都得到了广泛的应用。它的结构紧凑、轻巧、

9、传热强度高的特点引起了科技和工业界的注意，被认为是最有发展前途的新型热交换设备之一。1.2板翅式换热器特点及构造原理板翅式换热器的优点是传热效率高，结构紧凑，轻巧而牢固，适应性强，经济性好。板翅式换热器的主要不足之处是流道狭小，容易引起堵塞而增大压力降。由于不能拆卸，一旦结垢，清洗就很困难。因此，要求处理的物料比较清洁。由于热交换器的隔板和翅片都由很薄的铝板制成，故要求介质对铝不腐蚀，若腐蚀造成内部串漏，则很难找到漏的地方，即使找到也难以修补。板翅式换热器为单元体叠加结构，由翅片、隔板和封条三种元件组成的（如下图所示）。波形翅片置于两块平隔板之间，并由侧封条封固，许多单元体进行不同组叠并用钎焊

10、焊牢就可得到常用的逆流、错流或逆错流布置的组装件，称为板束或芯体。一般情况，在工作压力较高和单元尺寸较大时，从强度、绝热和制造工艺出发，板束上下各设置一层假翅层。假翅层或称强度工艺层，无流体通过，由较厚的翅片和隔板制成。板束上配置导流片、封头和流体出入口接管即构成一个完整的板翅式换热器。冷热流体分别流过间隔放置的冷流图1-1 基本结构示意图层和热流层而实现热量交换。除某些多孔翅片外，一般翅片传热面占总传热面的7585%，翅片与隔板间为完善的钎焊，大部分热量由翅片经隔板传出，由于翅片不象隔板是直接传热，故称为二次表面。平面形隔板多采用厚约0.51.0mm的铝合金板制造，两面热轧复敷0.1mm厚的

11、钎料层，钎焊时钎料层溶化使隔板和波形翅片连接起来。封条有燕尾形、燕尾槽形、矩形、工字形等断面形式，用精密成型模拉制，用钎焊与隔板组合。导流片的作用是汇集或分配流体，便于封头布置和均布流入通道的流体，其结构与多孔型翅片相同，仅尺寸稍大而已。导流片的布置形式与流体进出口的管径选择有关。翅片除主要承担传热任务外，还在两隔板间起支撑作用，使薄板单元体结构有较高的强度和承压能力。翅片的形式很多，如平直翅片、锯齿翅片、多孔翅片、波纹翅片、百叶窗式翅片、片条翅片等。本为的目的是研究不锈钢翅片的表面性能，所以下面对几种常用翅片作一下介绍：（1）平直翅片 又称光滑翅片，是最基本的一种翅片。它可由薄金属片滚轧（或

12、冲压）而成。平直翅片的特点是有很长的带光滑壁的长方形翅片，当流体在由此形成的流道中流动时，其传热特性和流动特性与流体在长的圆管中的传热和流动特性相似。这种翅片的主要作用是扩大传热面，但对于促进流体湍动的作用很少。相对于其它翅片，它的特点是换热系数和阻力系数都比较小，所以宜用于要求较小的流体阻力而其自身传热性能又较好的场合。此外，翅片的强度要高于其它类型的翅片。故在高压板翅式换热器中用的较多。（2）锯齿翅片 它可以看作是平直翅片被切成许多短小的片段，相互错开一定的间隔而形成的间断式翅片。这种翅片对促进流体的湍动，破坏热边界层十分有效。在压力损失相同的条件下，它的传热系数要比平直翅片高30%以上，

13、故有“高效能翅片”之称。锯齿形翅片传热性能随翅片切开长度而变化，切开长度越短，其传热性能越好，但压力降增加。在传热量相同的条件下，其压力损失比相应的平直翅片小。这种翅片普遍用于需要强化传热的场合。（3）多孔翅片 它是在平直翅片上冲出许多圆孔或方孔而成的，多孔翅片开孔率一般在5%10%之间，孔径与孔踞无一定关系。孔的排列有长方形、平行四边形和正三角形三种。翅片上的孔使传热边界层不断破裂、更新，提高了传热效果。它在雷诺数比较大的范围内（100010000）具有比平直翅片高的换热系数，但在高雷诺数范围内会出现噪音和振动。翅片中开孔能使流体在翅片中分布更加均匀，这对于流体中杂质颗粒的冲刷排除是有利的。

14、多孔翅片主要用于导流片及流体中夹杂颗粒或相变换热的场合。（4）波纹翅片 它是在平直翅片上压成一定的波形，使得流体在弯曲流道中不断改变流动方向，以促使流体的湍动，分离或破坏热边界层。其效果相当于翅片的折断，波纹愈密，波幅愈大，其传热性能就愈好。（5）百叶窗翅片 百叶窗翅片的特点是翅片上冲有等距离的百叶窗式的栅格，向流道内凸出，其目的是破坏传热边界层，从而强化传热过程。在翅片尺寸相同条件下，栅格越多传热效果越好，但阻力也越大。我国常用的翅片有平直、多孔和锯齿形翅片三种，并用汉语拼音符号和数字统一表示翅片的形式与几何参数。如65pz2103，则表示pz平直翅片，656.5mm翅高，212.1mm节踞

15、，030.3mm翅厚。如多孔形，则为dk，锯齿形则为jc，几何参数表示法相同。1.3板翅式换热器材料与制造工艺板翅式换热器所用的材料，应根据换热器的用途和操作条件等的不同而进行选择。对板翅式换热器母材的基本要求是：有较好的钎焊性和成型性，较高的机械强度，良好的耐腐蚀性和导热性。铝及铝合金不仅满足了这些要求，而且具有延性和抗拉强度随温度的降低而提高的特性，所以在世界各国的板翅式换热器中，特别是低温的板翅式换热器中，获得最为广泛的应用。板翅式换热器的制造工艺，主要有粘接、有熔剂钎焊和无熔剂钎焊。目前广泛应用的是真空钎焊工艺。与盐浴浸沾钎焊相比，无熔剂真空钎焊具有以下优点：1、 真空钎焊免除了有害钎

16、剂，不存在由于清洗不干净而引起的腐蚀损坏问题；2、 真空钎焊只在生产周期才消耗电能，而且节省价格昂贵的金属钎剂，降低了生产成本；3、 真空钎焊可钎焊结构复杂和通道狭小的换热器，使设计更趋合理；4、 真空钎焊避免了环境和大气污染，有利于安全生产。但真空钎焊也存在一定的缺陷，如未焊透、熔蚀、翅片弯曲倒伏以及钎料流失等。在真空钎焊工艺中，钎焊温度和真空钎焊炉的真空度是影响产品质量的重要因素1.4新型板翅式换热器的开发现状虽然板翅式换热器的优点已经得到公认，但人们始终没有放弃对适应性更广，特别是能耐更高压力、耐高温和耐腐蚀、不易结垢的新型板翅式换热器的追求。日本仲摩信人的试验表明，用铝碳纤维复合材料制

17、成的板翅式换热器可以承受35mpa的压力。南京工业大学开发的石墨改性碳纤维增强聚四氟乙烯板翅式换热器，具有极强的抗腐蚀和抗结垢能力，可以用于石油化工领域的许多恶劣工况下。由特殊陶瓷材料制成的板翅式换热器，可耐1000以上高温。corning公司和schott公司是国外生产玻璃换热器的两家知名公司。可见，虽然铝及铝合金和不锈钢对大多数传热负荷是很好的材质，但在特定情况下，特别是有腐蚀性化学物质时，不得不考虑选用特种金属或非金属，如石墨、玻璃或塑料。采用非金属材质的换热器不仅适用于腐蚀性工况，而且是减少设备投资的重要途径。板翅式换热器的应用空间也将会随之进一步拓宽。第二章 翅片性能试验风洞系统设计

18、板翅式换热器作为一种高效、紧凑的换热器已在个工业部门中得到日益广泛的应用。为了适应扩大在各种工业领域中的应用，对板翅式换热器急待解决的问题是：（1）需要提供更多形式的翅片表面，这涉及到需要开发新型的传热表面以及同一种翅片表面有更多的翅片参数来满足生产的需要；（2）要为设计使用提供出各种翅片表面传热及阻力特性的可靠的基本数据。（3）为工作的需要提出合理的判据，并对所试验的翅片表面的性能作出性能评价，为适应不同使用场合下合理地选用翅片提出依据。这些问题主要通过性能试验解决，因此，寻求和探讨板翅式换热器的试验方法是试验研究中首先要解决的问题。试验最常用的方法是建立风洞或水洞试验台，而本课题将搭建风洞

19、试验台以研究中低雷诺数下不锈钢板翅式换热器翅片表面j因子和f因子与re的关系。本章将就建立翅片表面性能研究的风洞试验台的设计进行探讨2.1风洞试验台风洞实验是研究紧凑式换热器传热与流体流动的一种重要而有效的手段。目前，采用风洞实验对各种紧凑式换热器进行传热与阻力特性的研究已日趋成熟。风洞试验台如图2-1所示。图2-1 风洞试验台常见的风洞实验台由风系统、水系统及测量系统三部分组成。空气系统 空气系统为吸入式直流传热风洞，风量由风机出口的风门调节。空气由双扭线吸风口吸入，经整流段、收缩段及稳定段进入试验元件。试验元件的矩形截面为250mm300mm。被加热的空气经稳定段及方圆收缩段后进入安放流量

20、计（毕托管）的测速段，然后经扩压管及风量调节挡板通向风机而排至大气。整流段中放置了一个由数层金属丝网组成的整流网，整流网可使大尺度的旋涡分割为小尺度的旋涡，而小尺度的旋涡可在稳定段中迅速衰减下来，从而降低气流的湍流度特别是轴向湍流度。另外，当来流速度不均匀时，整流装置使速度大的气流能量损失大，速度小的气流能量损失小，起到使气流速度分布均匀的作用。连接整流段与稳定段之间的一段光滑过渡的管道为收缩段。收缩段使整流段的气流均匀地加速后进入稳定段，它也有助于提高试验段气流的均匀性、降低湍流度。稳定段的作用在于使紊乱不匀的气流有足够的时间稳定下来，衰减气流中的旋涡，提高气流在方向和速度上的均匀性。扩压段

21、的作用是让气流以较小速度排入大气，以降低气流的能量损失。水系统 热水或冷水由保温水箱给水泵直接输入试件，水箱内装有盘管电加热器和盘管蒸发器以满足不同水温的要求。进入试件前，还要采用精加热器加热水，以稳定进入试件的水温。测量系统 温度测量使用经严格校正的铜-康铜热电偶和准确度为0.1mv的电位差计，并有作检验用的最小分度为0.1oc的二级标准水银温度计。试验装置的吸风段装有4级电热丝，由wzk-1型可控硅温控器自动将进口空气温度控制在给定的温度上，使进风温度波动4000,其计算式为，式中为绝对粗糙度，查表得：=0.2mm。 （1）整流段l=600mm, a=600250mm2, u=14.03m

22、/s （2.5） （2.6）故=0.0148 （2.7）（2）稳定段1l=1600mm, a=300250mm2, u=28.06m/s （2.8） （2.9）故=0.0156。 （2.10）（3）实验段+稳定段2l=100+1000=1100mm，a=300250mm2，u=28.06m/s （2.11） （2.12）故=0.0156 （2.13）（4）测速段l=1950mm，a=0.7851502mm2，de=200mm，u=67.02m/s （2.14）故=0.0167 （2.15）（5）尾段l=1000mm，d=300mm，u=16.7m/s （2.16）故=0.0144 （2.17）

23、则总直管阻力损失为hf=hf1+ hf2+ hf3+ hf4+ hf5=2.70+39.34+27.15+399.18+5.04=473.71j/kg （2.18）2.局部阻力损失局部阻力损失公式为 （2.19）其中为局部阻力系数，且对收缩段，对扩大段，u指的是较小的截面速度。（1）收缩段 u=28.06m/s，a2/a1=(300250)/(600250)=0.5，故=0.25 （2.20） （2）方圆收缩段u=67.02m/s，a2/a1=(0.7852002)/(300250)=0.4186,故=0.5(1-0.4186)=0.2907 （2.21）（3）扩压段u=67.02m/s，a1

24、/a2=(150/300)2=0.25 （2.22） （2.23）（4）风机接口u=16.7m/s, a1/a2=(400/790)2=0.256 （2.24） （2.25）则总的局部阻力损失为hm= hm1+ hm2+ hm3=107.56+204.86+1263.3+77.2=1652.9j/kg3. 动压头，其中uend为风机出口速度。综上 （2.25）4. 板翅式换热器芯体压降f=0.025，l=0.1m，de=0.00164m，g=71.97kg/sm2 （2.26）5. 全压 （2.27）6. 功率 （2.28）其中，为风机效率，z为传动比。7. 风机选型根据上述计算，确定了风机的

25、风量，全风压和所需功率，即qv=8333.0m3/hkpap=67 kw2.5风洞试验台设计良好的风洞流场品质是获得可靠实验结果的前提，因此追求实验段气流参数在时间和空间上的均匀成为设计的核心。对实验段流场的均匀性影响较大的部件有：整流段、收缩段。一是实验段的设计。根据流场品质的要求，包括气流动压、气流方向、轴向静压梯度、气流温度、气流湍流度、气流噪声等各项指标，最基本的要求是气流必须均匀、稳定。实验段口径、截面形状、长度是该段的主要设计内容。一般的风洞实验段截面形状有圆形、方形、八角形、椭圆形及长方形等。选择剖面形状的原则是在满足实验要求下最有效地利用全部气流切面积，因而可以减少风洞的驱动功

26、率。在相似的稳定段情况和相同的收缩比下，椭圆形截面的气流最为均匀，圆形次之，长方形再次之。从洞壁干扰的情况来看，对于相同的模型展长洞宽比，椭圆形的升力干扰最小，长方形次之，圆形再次之。但从施工和安装来讲，椭圆形是不方便的。由于实验元件几何尺寸已经给定（250mm300mm），实验段的口径和截面随之确定。，实验段长度l一般保持在1.753.0范围内，d0为实验段直径。二是收缩段的设计。收缩段的性能主要取决于收缩比（收缩段进口面积与出口面积之比）、收缩曲线。风洞收缩比的大小，主要决定于以下因素：对实验段气流的均匀性和紊流度的要求，风洞的能量比以及风洞造价。提高风洞的收缩此，对实验段气流的均匀性和降

27、低紊流度是有好处的。然而，增大收缩比会使风洞尺寸加大，不仅受到实验室空间限制，还提高造价。另一方面，为保证出口截面气流的速度均匀、方向和风洞轴线平行，使收缩段的人口和出口壁面平行于风洞轴线。综合考虑，选取收缩比为2，收缩段进口截面为600 mm250mm。由于收缩段截面为长方形，为防止气流局部分离，四角应做成圆弧。收缩段长度一般在0.51.0，取700mm。三是整流段的设计。由收缩段确定其截面为600 mm250mm，其长度取600mm。 系统各段关键尺寸如表2-1所示，具体图纸详见附件1。表2-1各段具体参数如表2-1所示。各段名称截面尺寸1(mm)截面尺寸2(mm)长度(mm)入口段120

28、0900600250700整流段600250600250600收缩段600250300250700稳定段13002503002501000试验段300250300250100稳定段23002503002501600方圆收缩段300250f200450测速段f200f2002000扩压段f200f400600尾段f400f4001000风机接口f400f79012002.6试验元件试验芯体如下图所示：图2-2 试验芯体试验选用两种型号的锯齿翅片分别为65jc2503和47jc2503详细几何尺寸见表2-2表2-2 试样翅片的几何尺寸表翅片类型翅片代号翅 片 高 度(mm) 翅片厚度(mm)翅片间

29、距(mm)锯 齿 型65jc25036.50.32.547jc25034.70.32.5本次试验采用错流流动方式，蒸汽冷凝通道为垂直布置，空气为水平流动，通道中被试验的翅片表面空气通道与蒸汽通道交替间隔，最外侧是空气通道。通道层数受试验段截面尺寸限制及被试验表面高度的不同来确定。空气通道长度的选择以分别使测得的传热因子j和摩擦因子f两者之间有满意的精度来决定。第三章 数据处理试验所得出的原始数据由计算机进行处理。试验结果整理出传热因子j、摩擦因子f和雷诺数re的关系。已知试验元件几何参数：h翅片高度，m；翅片厚度, m；m翅片间距, m；空气通道宽度,m；空气通道长度, m； x翅片内距x=m

30、-， m；y翅片内高y=l-, m；试验元件进口截面积,；测速段截面积,；空气通道层数；蒸汽通道层数；已知测得的原始数据为：室温,；元件进口温度,；元件出口温度,；大气压；蒸汽表压；试验元件进口空气静压，pa；测速段空气静压；测速管中心动压, mmhg；倾斜式微压计压差；蒸汽凝结量, kg/小时；空气相对湿度，%；3.1计算公式1.几何参数计算下标a表示空气通道参数，下边n表示蒸汽通道参数。空气通道：翅内矩 （3.1）翅内高 （3.2）当量直径 （3.3）二次面积与总传热面积比 （3.4）流动截面积 （3.5）传热面积 （3.6）蒸汽通道与空气通道计算方法相同。隔板面积 （3.7）2.空气含湿

31、量对重度及比热的修正含湿量 kg水/kg空气 （3.8）式中： 空气饱和压力 。含湿量对重度修正因子 （3.9）含湿量对比热修正因子 （3.10）3.各截面上的压力及重度进试验元件 （3.11）出试验元件 （3.12）毕托管处静压 （3.13）相应各截面上重度： （3.14） （3.15） （3.16）4.空气流量测速管中心空气最大流速 m/s （3.17）由试验测定测速管处空气平均流速 m/s （3.18）空气质量流量 kg/小时 （3.19）空气重量流速 （3.20）5.热量及热平衡计算空气吸热量 大卡/小时 （3.21）蒸汽饱和压力 （3.22）蒸汽放热量 大卡/小时 （3.23）热平衡

32、误差 （3.24）6.传热因子平均温差 （3.25） 式中： 水蒸汽饱和温度。传热系数 大卡/ （3.26）水蒸汽凝结放热系数： 大卡/ （3.27）式中： 大卡/蒸汽侧平均表面热负荷蒸汽侧翅片效率 （3.28）式中： （1/m） 翅片参数。蒸汽侧翅片表面效率 （3.29）总热阻 （3.30）折算到空气一侧的蒸汽侧热阻： （3.31）折算到空气一侧的隔板热阻 （3.32）空气侧热阻 （3.33）空气侧翅片效率 （3.34）式中： （1/m） 翅片参数。 空气侧表面效率 （3.35）由式（3.33）至（3.35）采用迭代计算可求得空气侧的放热系数大卡/。st准数 （3.36）传热因子 （3.37

33、）7.空气通道中的雷诺数基于流道最小截面积的雷诺数re，由于采用定性温度的不同有如下两种计算方法：1）工程法 在工程实际计算中常用板式元件进、出口空气温度的算术平均值为定性温度。 （3.38）元件中空气平均重度 （3.39）re数 re工程= （3.40）式中：空气粘度由温度查得。2）kl法（kayslondon法） 采用空气通道中边界层的平均温度（简称膜温）为定性温度。 空气在通道中的平均温度为 （3.41） 隔板壁面温度 （3.42） 膜的平均温度 （3.43） 空气的平均重度 （3.44） 雷诺数 （3.45）式中：空气粘度由温度查得。采用上述两种定性温度的原因及比较结果在下面讨论中说明

34、。8.摩擦因子试验元件中的阻力由以下几部分组成： （3.46）入口影响 流动加速 元件中摩擦 出口影响 上式经转化后可求得摩擦因子f： （3.47）式中： 截面比 几何截面突然收缩与扩大的阻力损失系数：由资料16提供曲线查得。提供试验元件的摩擦因子，进行如下两种试验：1）冷元件试验 在无蒸汽冷凝加热的条件下进行吹风试验，可测得空气在试验元件中为定温流动时的摩擦因子。此时计算可由式（3.20）跳至（3.38），仅用工程法计算得出fre关系曲线。2）热元件试验 在有蒸汽冷凝加热的条件下试验，测得空气在试验元件中为非定温流动时的摩擦因子。此时根据定性温度选用的不同就有工程法及k-l两种f-re的关系

35、曲线。3.2试验步骤（1）翅片热力性能试验管路安装和调试完成后，先关闭离心风机风阀，无负载情况下开启离心风机，降低启动电流，保证安全。（2）利用电加热锅炉产生将水加热产生蒸汽，蒸汽压力达到0.45 mpa，开启蒸汽阀门。（3）开启离心风机，保持蒸汽入口压力为0.12 mpa（表压0.02 mpa），空气流量由变频器调节，入口空气温度与周围环境温度相同。调节变频器频率使风量到第一工况，测量得到空气的流速以及空气在试验段进出口的温度值，可计算空气侧和蒸汽侧的总传热量。公式如下： （3.48） （3.49）式中，qas为空气侧传热量，w；qss为蒸汽侧传热量，w；mas为空气侧质量流量，kg/s；m

36、ss为蒸汽冷凝水质量流量，kg/s；cpas为空气比热，kj/kgk；ss为蒸汽潜热，kj/kg；tas为空气侧流体温差，c。当空气侧和蒸汽侧的热平衡误差在3%之下时，开始记录数据。为了保证试验准确性，试验段（pfhe）必须保温良好。（4）调整到第二工况，重复步骤（3），直到试验结束。3.3数据处理试验数据整理得出二种翅片表面的传热因子j，摩擦因子f和雷诺数re的关系，分别示于表3-1到表3-2和图3-1到图3-2中。表3-1 65jc2503型试验数据序号rejref1771.050.019949.260.09289221094.90.0161342.50.07059831930.90.01

37、22326.30.05759342533.30.01053005.70.055735536650.0094253.30.05239164541.80.00835210.90.05078175350.70.007660180.0491486048.10.0076730.60.04756图3-1 65jc2503型j ， f与re的关系图表3-2 47jc2503型试验数据序号rejref1845.550.0171068.50.07592121198.50.01471510.40.06326832106.40.01252618.70.05406542760.30.01053386.50.05061

38、453974.50.00954797.40.04727864954.10.00855880.60.04547675807.20.00766799.50.04486561.20.00727608.50.043252图3-2 47jc2503型j ， f与re的关系图实验的可能误差源主要包括以下不确定因素：（1）实验系统设计和运行的固有不确定性，主要包括传热风洞试验台的设计与搭建工作本身产生的不确定性，以及运行过程中气流在试验段的平稳度与均匀度由于无法控制到理想状态而产生的不确定性。（2）仪器的不确定性，包括毕托管、倾斜式微差压计、u型压力计、热电偶、热电阻温度计以及显示仪表的固有的制造误差和人为

39、的读数误差等。（3）输运参数、粘度系数和导热系数的精度和近似处理产生的不确定性，因为这些参数通常是由图表、曲线、差值计算等方法获得，因此其精度会受到不同程度的影响。（4）确定实验芯部尺寸的不确定性，试验元件尤其是板翅式换热器的芯体部分，它们的尺寸误差通常来自热力设计、生产制造的过程中。第四章 总结与展望本文通过经验式设计设计了风洞试验台，并用稳态试验法对两种型号锯齿形铝翅片表面性能进行了研究，取得了相应的re-j和re-f曲线。这些曲线是根据我国目前冲翅工艺和高温真空钎焊的实际水平取得的，可以作为板翅式换热器设计的可靠依据。试验获得的re-j和re-f曲线走势相同，且随着雷诺数的增大，翅片表面

40、的传热因子下降，摩擦因子也下降。而当re大于4000时j和f趋于平稳。在板翅式换热器的设计中选择翅片表面是一个重要环节。设计师应根据使用场合的不同而提出不同的判据，并通过对翅片表面性能的定量比较，才能对各种翅片性能有正确的认识，充分显示出在换热器设计中合理选用翅片的重要性，为适应不同工程设计的需要，提出了要求开发新型高性能传热翅片表面和增加板翅式翅片表面种类及参数的迫切性。为提高翅片表面的性能，提出了重视翅片成形质量的必要性。板翅式换热器的高效紧凑性使其应用领域不断扩大，受到国内外研究机构和工业界的广泛关注。然而由于其内部结构和流动特性的复杂性，要完全揭示其流动与传热机理，更好的进行优化设计，

41、仍然需要大量的研究工作。本文无论是在风洞设计上还是在在进行板翅式换热器翅片表面性能研究的过程中都存在很多不完善的地方。本文主要考虑的在中低雷诺数下的情况，而对于在高雷诺数下的风洞设计及翅片性能研究需进一步优化。参考文献 凌祥,涂善东.板翅式换热器的研究与应用进展j.石油机械,2000,28(5): 54582 w m kays, a l london. compact heat exchanger, 3rd ed m. ny: macgraw-hill book company, 19843 e v dubrovsky. experimental investigation of highly effective plate-fin heat exchanger surfaces j. experimental thermal and fluid science,1995, (10): 2002204 n c dejong, a m jacobi. localized flow and heat transfer interactio