滴状翅片管传热及阻力特性的试验研究

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1、滴状翅片管传热及阻力特性的试验研究周文铸，欧阳新萍，刘道平(上海理工大学动力工程学院，上海200093)摘要：对滴状翅片管的传热及阻力性能进行了试验，给出了不同风速、温度下的试验结果。探讨了对流换热系数的分离方法。依据实测的数据，将管外空气横掠管簇的对流换热系数从传热系数中分离了出来。对管外的对流换热特性、阻力特性进行了分析研究，并整理成了无量纲准则式。试验表明滴状翅片管的阻力较小，试件性能达到国际先进水平。关键词：滴状翅片管；传热特性；阻力特性；试验研究1引言空气冷却器具有降低工业用水、减少污

2、染、有利于保护环境等优点，因而越来越广泛地在石油、化工、电力、冶金和原子能等部门得到应用。由于空气冷却器气侧的换热系数远小于管内一侧的换热系数，因而空气冷却器总是采用带肋的翅片管。一般而言，任何一种换热器的换热性能的优劣，只有经过对该换热器的传热和阻力特性的测试才能准确得知。对于翅片管，由于其复杂的几何特性而导致翅片侧气体的流动及传热特性无法从理论上完全解决，目前多采用实验模化的方法来获得管外空气侧的换热和阻力的关系式。为研究不同对象的流动或传热特性，通常研制了相应的风洞系统用于常温下空气动力学

3、模化实验或气体传热特性的模化实验研究。为此，本文介绍了在吸风式风洞试验装置上进行滴状翅片管传热与阻力特性的试验方法、试验结果及结论。2试件及试验设备2.1试件滴状翅片管的基本参数见表1，其结构尺寸如图1所示。表l滴状翅片管的基本参数数值数值管长/mm38.0每米肋数370管宽/mml2排列方式叉排管外径×管壁厚/nun28x1.5管间距，mmSl=59s2=59.5肋厚/mm0.3肋化系数10.3肋距/mm2.7每米管换热面积/m20.9057图1滴状翅片管的结构简图2.2试验设备试验在吸风式风

4、洞试验装置上进行，风洞装置如图2所示。该装置由两个系统组成：空气系统和水系统。空气系统：空气从双扭曲线吸风口吸入，经过渡段、收缩段进入矩形截面的实验段。实验段的进出口均装有热电偶堆，测量出空气进出的温差。实验段的尺寸为300mm×300mm，然后空气再流经方圆收缩段，进入装有毕托管的空气流量测量工作段测量流量，其测量工作段为φ100mm的圆管，最后空气由风机送出。水系统：水经电加热器加热后，由高位水箱流入被测管束，在管束的进出口处装有水银玻璃棒温度计测量水的进出口温度，然后经转子流量计测量流量后

5、返回水箱。3试验原理由于滴状翅片管的壁温难以测准，本试验不采用测量壁温的方法求取气侧的换热系数，而是采用分离法来整理试验数据，即直接从传热系数K的测量值中将气体横掠滴状翅片管束的换热系数ao分离出来。图2风洞装置示意图根据传热理论可知：(1)式中：K-传热系数，W／(m2℃)；ao-管外气侧的换热系数，W／(m2℃)；rf-管壁导热热阻，m℃/W;ai一管内水侧的换热系数，W/(m2℃)；β-肋化系数，p=Fo/Fi，Fo-气侧换热面积，m2；Fi-水侧换热面积，m2；ri-管内垢阻，m℃/W。

6、如果在试验过程中，维持气侧的定性温度不变，那么ao=CVN(W/(m2℃))，式中V是气体进入试验段前的流速，C，N是常数。如果再维持水侧的流速和定性温度不变，则式(1)中p(l/ai+rf+ri)也将不变。设R=p(l/ai+rf+ri)，则式(1)写成：(2)式中：C、N、R均为常数。当测得一系列1/K，V的数值后，就可以运用最小二乘法原理，求出C、N、R的最佳概值，从而得到气侧换热系数a。=l（1/K-R）或ao=CVN。4试验及数据处理试验原理部分已指出，试验应保持水侧的流速不变，水流量

7、用预先标定过的转子流量计测量。在整个试验过程中，流量保持360I/h不变，管束进口的热水温度控制在60±1℃，进出口水的温度用水银玻璃棒温度计测量，进口管束的空气温度由热电偶堆1测定，其电动势与温度的关系为：空气经过管束的温升用温差热电偶堆2测定，其计算式为：式中：为读数，u'2为：测量段处的空气流速根据与毕托管相连的倾斜式微压计的读数来计算：式中：p*一空气侧总压，Pa;p-空气侧静压，Pa，p=p'-Δp，Δp可通过与毕托管相连的倾斜式微压计读得；ζ一为考虑空气可压缩性的修正系数。根据此流速

8、，可换算到管前的空气流速：式中：p'A'一测量段的空气密度和通风面积；P、A-试验段进口上的空气密度和面积。空气通过管束的压降由管束前后风洞上的静压孔相连的倾斜式微压计测定。根据试验要求，空气流速的变化范围为0.93~5.56m/s。试验数据见表2.图3滴状翅片管传热特性试验曲线表2水速vw=0.51m/s时的试验数据工况点123456789水进口温度ti'/℃59.860.4360.459.559.2559.660.2559.760.12水出口温度ti"/℃56.8557.0556.655.6