探析花瓣管外空气螺旋流动传热与流阻性能研究

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1、华南理工大学硕士学位论文花瓣管外空气螺旋流动传热与流阻性能研究姓名：陈姝申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：高学农20040601摘要空气强制对流的换热膜系数比较低，为提高壳侧介质为空气的管壳式换热器的性能，可以从换热元件及壳侧支撑结构等方面对换热器进行改进。本文将具有三维翅片结构的花瓣型翅片管与高效螺旋隔板换热器相结合，可大大提高壳侧空气对流换热系数，并且有较小的压降，该类型换热器能广泛应用于制冷、动力、能源、化工、冶余等工业与民用领域。本实验研究了空气在光滑管和5种翅片高度和间距不同的花

2、瓣管管外螺旋通道内流动的传热与流阻性能。采用威尔逊分离法分离出管外和管内换热膜系数，并分析实验误差。本文建立了空气在花瓣管外流动的传热和流阻数学模型，推导出了该过程传热和流阻实验数据的关联式。实验结果表明，带螺旋隔板的光滑管的传热系数是空气横向掠过光滑管的2～3倍：相同条件下，花瓣管的传热系数是光滑管的1．48～3．24倍。对于三种不同翅片间距的花瓣管，翅片间距在lmm时的花瓣管传热系数最高，可以预测，对于一定特征参数的花瓣管，有一最佳的翅片间距；在实验范围内，对于只有翅片高度不同的花瓣管，较高的

3、翅片具有较优的传热性能。本文还讨论了花瓣管外空气流速对传热流阻性能的影响，实验范围内，空气流速越大，管外换热系数呈指数关系上升。此外，本文分析了系统压力对实验换热设备性能的影响，系统压力越大，换热性能越好，并且空气压降不随着系统压力的变化而变化。最后本文还运用Phoenics传热与流动数值模拟软件对实验换热过程的一种工况进行了模拟，获得了换热过程的温度场、速度场和压力场的分布，并将模拟结果与实验结果相比较，误差低于10％。关键词强化传热螺旋隔板花瓣管CFD华南理_TI大学硕十学仲论文ABSTRAC

4、TTheheattransfercoefficientofforeedairconvectioniscomparativelylow．Inordertoimprovetheperformanceofshellandtubeheatexchangerwhereairflowsthroughtheshellside，wecanimproveheattransferelementsandstructuralsupportinshellsideoftheheatexchanger．Theexperimen

5、talheatexchangeriscombinedwithpetal—shapedtubesofthree—dimensionalfinandhelicalbaffle．Itcanincreasetheheatconvectioncoefficientinshellsideandbringlesserpressureloss．Theheatexchangerwithhelicalbaffleandpetal-shapedtubecanbebroadlyappliedintheindustrial

6、andcivilfields，suchasrefrigeratingindustry，powerindustry，energyindustry，chemicalindustryandmetallurgicalindustryetc．Theairflowsthroughthehelicalchannelsoutofaplaintubeand5kindsofpetal—shapedtubewiththedifferentheightandspacingoffin．Theperformanceofhea

7、ttransferandflowresistanceiSstudied．Theheattransfertoeffieientinnertubeandoutoftubehasbeenseparated．Theexperimenterrorhasbeenanalyzed．Themathematicmodelshavebeensetupinthesituationthatairflowsoutofpetal—shapedtube．Thecorrelationequationsofheattransfer

8、andflowresistancehavebeenalsofoundonthebasisofexperimentaldata．Theexperimentalresultsshowthattheheattransfercoefficientofplaintubewithheliaealbaffleisabout2-3timesofthesituationthatairflowacrossthroughplaintube．Theheattransfercoefficientofexpe