空气-水介质板式换热器流动与传热特性.研究

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1、哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中己注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。．．作者(签字)：燃日期：矿罗年厂月，7日学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或

2、机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(口在授予学位后即可口在授予学位12个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：关耸祗导师(签字)：鹰＼群访日期：汐7年多月，7日形7年6月多∥日第1章绪论推广强化传热、节能技术的关键是开发能有效利用能源的新技术与设备n捌。随着能

3、源需求的日益增长，在能源有限的条件下，如何高效地利用能源的问题就更加突出了。能源的利用离不开传热问题的研究，如供热与空调中的空气的加热与冷却，发电厂中的锅炉炉膛空气的预热、汽轮机排气的冷却以及石化工业中的空气冷却、空气氮氧分离设备等等。在这些过程和设备中被加热与冷却的常用介质一一空气与水是自然界中最为常见的两种基本物质，以它们作为传热工质的换热设备，广泛地应用于人们生活与生产的方方面面，从而使研究二者间的强化传热问题具有更加广泛的和现实的意义。虽然空气作为传热介质的传热性能要比水差得很多b，，但由于水资源的有限性以及工业用水的污染迫使空气作为传热介质被大

4、量的使用。因此强化空气介质的传热问题与研究近些年来备受关注陪”。1．1课题的来源、目的和意义本论文主要研究基于一次表面换热原理的空气．水介质波纹板式换热器内部波纹板片间的流动与传热特性，以解决我国“三北"地区空调机组加热器在冬季易结冻的问题为切入点，研究如何在一次波纹表面间强化空气传热的同时阻力损失要尽可能的小，从而实现空气与水这两种单位体积热容量相差近干倍的工质在一次表面间的高效率传热。研究成果可作为空气加热、余热回收等场合的高效传热元件使用。在空调工程中，空气加热器通常采用翅片管的形式(图1．1)，工作时热水在管内流动，被管外的空气冷却，温度降低；空

5、气横向受迫流过管外及翅片间，被管内的热水加热，温度升高。一般情况下，加热器外表面空气侧的对流换热系数比内表面水侧的对流换热系数小得多(相差l至2个数量级)，空气侧热阻占整个加热器热阻的70％以上。其结果是：若要强化空气侧传热，需要换热器两侧介质具有相近似的鲥乘积。一方面，可通过扰流增大空气．1．__．譬互鋈ji彗_犬：堡：主簦鲨吝·．图1．1翅片管式加热器结构图FigllThestructureoffinned-tubeheatexchanger侧的对流换热系数，但阻力损失与耗功量也要加大。另一方面，可增加空气侧的换热面积，但有可能还要受到安装空问与金属

6、材料耗费量的限制。因此高综合传热系数，小阻力损失是空气．水介质换热器研究的重点。翅片管式加热器按翅片的制造工艺可将其分为整体式和串套片式。整体式翅片可铸造，可机械加工或将金属翅片带直接轧制、焊接到光管表面上．使翅片与管子结合为整体(图1．2)。串套片式翅片是将冲压成型的金属板片热套于光管的外侧(图13)。翅片和管子的材质可以任意组合，有铜管带铝翅、钢管带钢翅等形式，翅片的材质主要是以铜铝等导热系数较大的材料“。。这种采用扩展表面的方法来强化传热的方法是人们在改进管式传热表面的过程中，应用最早也是最成功的发现之一，直至目前，这一方法仍是管式换热面进行强化换

7、热中运用最广泛的一种。不仅适用于单相流体，而且对相变传热也有很大的价值。在20世纪60年代以前，普通翅片管式换热器多采用表面结构未做任何处理的平翅片．这种型式的翅片除了增大换热面积来达到强化传热的效果以外，再无其他作用。现在由于空冷技术的发展，以及换热器使用气体介质的趋向日益增加，致使翅片管式换热器受到了人们的青睐。特别是在Bergles一1关于强化传热的报告在第六次国际传热学会议发表以来，大量的高效换热翅片表面结构被研制出来，至今有许多强化传热方法还是围绕着此方法来进一步展开的，翅片管式空气．水介质换热器得到了广泛的应用“。m。图12整体式翅片管加热器

8、Fi91．2Integralfinned-tubeheatexchanger簿圃