S型内翅片管强化传热的换热特性和阻力特性研究

【摘要】：近年来由于生产和科学技术发展的需要,强化换热技术已得到了较大的发展,并且广泛的应用于石油、化工、动力和制冷等工程领域的换热设备中。研究各种传热过程的强化问题用以设计新颖的紧凑式换热器,不仅是现代工业发展中必须解决的问题,同时也是开发新能源和开展节能工作的紧迫任务。 本文以实验为基础,研究了两组S型内翅片管的湍流流动特性与换热特性,并与同样内径和壁厚光管的做对比。在实验数据的基础上我们拟合出所测参数范围内阻力和换热的实验关联式,并运用Webb性能指标比较了翅片管之间的换热效果。 实验数据处理过程中,我们运用了数值分析软件Fluent进行处理,从翅片管内流场分布来分析内翅片管的换热效果。 应用Webb热力性能指标,在换热面积和泵功率相同的条件下,本文对S型内翅片管和光管的换热效果进行比较,得出的结论是: 1.在相同泵功和换热面积条件下,在实验的雷诺数范围内,单S型内翅片管换热量均低于光管的换热量;当Re50000时,交叉S型内翅片管换热量高于光管的换热量,当Re50000时,交叉S型内翅片管的换热量低于光管的换热量。 2.在实验范围内,单S型内翅片管的Q/Q_b曲线随着Re数的增加而上升,这表明单S型内翅片管在大Re数时表现出较强的换热性能;交叉S型内翅片管的Q/Q_b曲线随Re数的增加而下降,表明交叉S型内翅片管的换热能力的增强低于阻力损失的增加,总体换热性能下降。 3.在实验范围内,交叉S管的换热能力要好于单S管。但单S管换热能力增强趋势大于交叉S管,致使在Re=125000左右时两者的换热能力相等。 对于S型内翅片管的阻力,单S型内翅片管的阻力系数f随Re数的增大而降低,当Re130000时,阻力系数基本保持不变;而交叉S管的阻力系数f随Re数的增大而增大。当Re115000时,交叉S管的阻力系数比单S管的阻力系数要小,但是当Re115000时,交叉S管的阻力系数将大于单S管的阻力系数。 本文得到的换热特性和流动阻力特性的准则关系式可以应用于同样条件下S型内