热3017高频焊螺旋翅片热管换热器特性的研究

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1、编号热3017高频焊螺旋翅片热管换热器特性的研究徐通明牟楷南京化工学院中国工程热物理学会第一届热管会议传热传质学会一九八三年八月16符号说明A换热器表面积米2Ah换热器蒸发段翅片管管外表面积米2Ac换热器冷凝段光管管外表面积米2Cp定压比热千卡/公斤·ºCDo光管外径米Di热管内径米dv热管内蒸汽通道直径米Dev容积当量直径米NFV流动净自由容积米3F流体阻力系数Gm通过最小截面积的最大质量流量公斤/米2·时Gc重力换算系数gc=1.27×108公斤·时2h管外换热系数千卡/米2·时·ºChh以Ah为基准的管外换热系数同上hc以Ac为基

2、准的管外换热系数同上hie以热管内蒸发段面积为基准的管内蒸发沸腾换热系数同上J热的机械功当量公斤·米/千卡Lg气流流过的长度米Nu努赛尔数16P锅炉内饱和蒸汽压公斤/厘米2Δpv热管内蒸汽压差同上Q热流量千卡/时Q热流密度千卡/米2·时R热阻ºC/W或千卡/W或米2ºC/千卡Reh传热计算雷诺数Rep阻力计算雷诺数R汽化潜热千卡/公斤ST热管间距米SLSL热管间距米T温度ºCtw壁面温度ºCtf气流温度ºCthi换热器热流体进口温度ºCtci换热器冷流体进口温度ºCthcp换热器热流体、出口平均温度ºCTv热管内蒸汽温度ºCΔtm对数平

3、均温度ºCU总传热系数千卡/米2·时·ºCW气流速度米/秒λ管壁导热系数千卡/米2·时·ºCλl液体导热系数同上16μ气体粘度公斤/米·秒μw壁温下气体粘度同上ρl液体密度公斤/米3ρU管内蒸汽密度同上ηf翅片效率ε换热器效率16一、引言热管是一种高效传热元件，由热管组成的换热器，由于其传热效率高。阻力损失小，结构紧凑，运行周期长等特点，常作废热回收装置，在国外已获得广泛的应用。近几年来，国内对热管和热管换热器研究和实用计算公式正在蓬勃兴起。除了需要对热管的单管性能进行试验以外，还必需对热管换热器整体性能进行研究。尤其在为提高传热率而广

4、泛采用高频焊接螺旋翅片管作为管壳后，对这种换热器的整体性能研究更为迫切。本文是对气流横掠高频焊接螺旋翅片管管束的换热规律和阻力特性进行了实验研究。通过对四十四个工况下的总传热系数的测定，并分离出管外换热系数以及阻力试验，得出相应的计算式。用实验得出的准则方程式和计算式，设计式，设计了两台热管换热器，对此两台热管换热器的性能进行了现场实测，实测数据与设计数据合得较好。二、传热特性的研究1．实验模型分析：热虹吸管具有传热率高，结构简单，工作可靠和价格便宜等优点，目前地面应用的热管换热器很多采用热虹管作为传热元件。热虹吸管的传热模型如图1所示

5、（1）。热虹吸管的传热过程是由七个传热环节所组成，即蒸发段管外换热热阻16LC膜图1热虹吸管传热模型LaLe蒸发段管壁导热热阻蒸发段管内蒸发、沸腾热阻。它是由两部份组成（1）过量充液量形成的液池沸腾换热热阻，沸腾换热系数hp通过量纲分析，可用下式计算[1]16(1)（1）回流冷凝液层流液膜蒸发换热热阻，它可以看成是冷凝换热热的逆过程，液膜传热系数hf可用下式计算(2)(2)蒸汽由蒸发段流向冷凝段的轴向流动热阻，这热阻与其他各项热阻比较，数量级小得多[3]，因此可以忽略不计。冷凝段凝结换热热阴，可根据Nusselt冷凝理论求出平均传热系数

6、(3)其中(4)冷凝段管壁导热热阻16冷凝段管外换热热阻上述七个传热环节构成了从高温热源到低温冷源的全部传热过程，这七个传热环节是一个完整的串联热路如图2所示，由此可得总热阻的计算式(5)若忽略蒸汽压差流动过程的热阻R4，则（5）式可以写成R=R1+R2+R3+R5+R6+R7（6）其中R1与R7是管外热阻，R2，R3，R5与R6是管内热阻图2热阻和热路2.实验数学关系式的建立今以蒸发段管外总表面积为基准，则总传热率的方程式为(7)这个方程也是总传热系数U的定义方程。总热阻与各热阻之间的关系可写成(8)根据式（8），等式左边总传热系数U

7、可以根据实验测得的Q、△tm和已知的Ah计算出来。等式右边第二项中的R2与R6，由于碳钢的导热系数随温度变化甚微，所以当热管尺寸一定时，R2与R6可以认为是常数。等式右边的第三项与第四项中，R3可以用式（1）与式（2）进行计算，R516可以用式（3）与式（4）进行计算，单管试验表明用式（1）一式（4）计算误差较小。等式右边的第六项中hc可以采用大容积沸腾换热系数的经验公式（4）进行计算，当饱和蒸汽压在1-40公斤/厘米2时其中p与q均可由实验测得。等式右边第一项中的hh是我们所要寻求的量，从传热学知道，气流横掠管束时的换热准则方程为(1

8、0)(10)式亦可写成式(11)将（11）代入（8）式，经整理后可得其中（12）（13）（12）两边取对数（14）如果设16则（14）式可写成（15）式（15）即为实验数学关系式，y与x成线性关系，通过实验