横掠椭圆管的换热与流动特性分析

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1、横掠椭圆管的换热及流动特性研究管倾斜放置在流体中。倾角为口，Pr=5和Pr=20时，利用数值解法解决了Navier-Stokes和能量方程，充分利用Navier-Stokes和能量方程渐近线特性。文献[12]对a／b=2椭圆管，在Re=5000～90000的范围内进行了换热实验研究，定性尺寸为椭圆管长轴。研究中，来流方向与椭圆管长轴的夹角口采用了不同的值。实验气体为空气，给出了换热计算式：Nu=CRe“式中，t2'=00时，C=0．344，n=0．573。口=900时，C=0．566，n=0．545。最后，

2、还将结果与圆管进行了比较，结果表明，换热特性优于圆管。文献[131进行了类似的研究，对象为a／b=3椭圆管。A．Zukauskas和J．ZiugzdaIIol在C儿刷D脚s肼CR叫i譬兕0矽一书中专门对运动流体中单管的流体动力学及热力学特性进行了阐述，提供了大量的实验技术和分析技术。该书对圆管的阐述较为详细，对椭圆管的研究较少，也不成系统，只给出了椭圆管a／b=2和a／b=0．5时的局部传热系数关联式，剪应力及压力分布。文中建议将圆管、a／b=2和a／b=0．5椭圆管用统一的公式概括：NudI=0．27Re

3、∥PUo37(Prs／Prw)o25(1—1)式中，特征尺寸为平行于液流方向的椭圆柱轴长。并且指出，该公式是在g。，=常数的条件下进行的，所以给出的结果要略高于，。=常数时的实验结果。在文献[18】中，作者们对12种长短轴比例不同的的椭圆管进行了实验研究，给出了不同形状椭圆管的经验计算公式，并指出要寻找Nu数和a／b的关系是很困难的。比较切实可行的方法是针对不同a／b的椭圆管运用不同的计算公式。1．2．3椭圆管束强制对流换热性能研究文献【16]中，讨论了一种椭圆管型(a=25mm，b=a／2)在一种排列方式

4、(S／D。=1．5，S：／D。=2．5)下的对流换热，给出计算式：Nu=1．25Re045Pro35(1-2)其中的特征尺寸为D。，核算速度为U。。。文献[17100，对所有正三角形排列的椭圆管束，均采用下式计算其换热及阻力系数：Nu=0．33Reo“Pr⋯(1．3)Eu=0．768Re。024(1-4)式中，已将原文中的特征尺寸D=口6／√∞2+62)／2改为D。。李庆领【2111221等人利用热质比拟原理及萘升华技术，对矩形通道内的椭圆棒束的换热及流阻特性，顺排椭圆管束的对流换热及流阻特性进行了深入的实

5、验研究。给出了两种排列方式下，顺排椭圆管束深层管的换热及流阻计算式。横掠椭圆管的换热及流动特性研究nl=Sl／D=2．50，口z=S1／琅=2．50时，Nu：0．143Reo678Pro37n．51Eu：0．044Re“075f1—6)al=S1／D。=1．5，a2=Sl／破=2．50时，Nu：0．207Reo64Pro37(1-7)Eu：0．034Re。。24(1—8)横掠叉排圆管管束时，其换热系数的计算式多采用下式‘11l：Nu=0．35(a／b)02Reo6Pr036(_a<2，Re=103～2×10

6、5)(1—9)R8Fig．1-2Comparisonbetweenellipticcylinderbundleandcircularcylinderbundle图1’2椭圆管束与圆管束的换热比较将式(1．3)，(1．5)，(1．7)及(1．9)绘在图l一2上。可见，叉排椭圆管束的换热系数大于叉排圆管柬，而顺排椭圆管束的换热系数略低于叉排圆管束。1．2．4翅片椭圆管束的对流换热研究Fig．1-3FluidversionofcircularandcylinderbundlesincrossfJow图1-3圆管束

7、和椭圆管束的绕流景象对翅片椭圆管束对流换热的研究较多。在文献【33】，作者们对矩形翅片椭圆横掠椭圆管的换热及流动特性研究管空冷器的特点，钢制椭圆管矩形翅片管空冷器的研制应用进行了分析研究；给出了绕流景象，如图1．3所示。文献[341指出目前新风机中使用板形翅片圆管簇换热器的缺陷，介绍了板形翅片椭圆管簇换热器的优点及计算方法。高伟桐和王世昌f351分别对椭圆管散热器和椭圆管空气冷却器做了详细的实验研究，前者还对椭圆管的气动特性、管簇排列、鳍片密度、进风角度等问题作了较系统的介绍。决定翅片椭圆管束换热器性能的因

8、素有：翅片的几何尺寸(片距、片高、片厚等)、管排数、管子的排列方式、绕流孔的数目及位置等。许多作者对这些因素作了详细的研究，文献[291研究了绕流孔和片距对矩形翅片椭圆管换热性能的研究，还给出了不同绕流孔下单排管的鳓～Re准则关联式。文献【30】研究了排数对矩形翅片椭圆管束换热的影响。1．3课题的来源及意义1．3．1理论意义从上述文献综述可以看出，与椭圆管的自然对流换热相比，对椭圆管的强制对流换热问题的研究有些是