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翅片管束管外換熱和阻力

日期：2021-08-24 01:54:51點(diǎn)擊：111

翅片管束管外換熱和阻力
上節(jié)指出，翅片管的傳熱熱阻由若干項(xiàng)熱阻組成,而管外換熱熱阻是傳熱過程的最大熱阻，這是釆用擴(kuò)展表面以減小該項(xiàng)熱阻的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。本節(jié)將推薦翅片管束管外換熱系數(shù)的計(jì)算式和計(jì)算方法。
2.2.1影響因素和研究特點(diǎn)
應(yīng)當(dāng)指出，由于翅片管表面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性，使得周圍流體的流場狀況和速度分布難以確定，用理論分析法求解氣體繞流翅片管束的換熱系數(shù)幾乎是不可能的，而數(shù)值解法也同樣不能取得可應(yīng)用的成果。因此，翅片管束的管外換熱系數(shù)必須借助于實(shí)驗(yàn)方法求得，所得結(jié)果通常稱為實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。為了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推廣應(yīng)用,必須有足夠的實(shí)驗(yàn)變量和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法。
雖然理論分析對(duì)直接求解翅片管束管外換熱系數(shù)無能為力，但可借助于對(duì)流換熱的理論和物理概念選擇合理的物理變量，并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理。影響翅片管對(duì)流換熱的主要因素有以下幾個(gè)；
① 氣體的流速。這是影響對(duì)流換熱最重要的物理量之一，流速越高,換熱能力越強(qiáng), 這是對(duì)流換熱的基本概念;實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式應(yīng)給出流速的實(shí)驗(yàn)范圍；對(duì)翅片管換熱器，實(shí)驗(yàn)關(guān) 聯(lián)式中經(jīng)常使用流體的質(zhì)量流速作為變量，因?yàn)橘|(zhì)量流速是不隨溫度而變化的,用起來比較方便;此外，根據(jù)翅片管的排列情況，還要指明“迎風(fēng)面上的質(zhì)量流速”和“最窄流通截面上的質(zhì)量流速”。
② 流體的物性。雖然繞流翅片管的流體絕大部分是氣體，但因氣體的種類、溫度和壓力的不同,其物理性質(zhì)是不同的，因而也會(huì)影響對(duì)流換熱的強(qiáng)度。
③ 翅片的幾何特性。翅片有等截面翅片、變截面翅片、直翅片、環(huán)狀翅片，還有很多特殊形狀的翅片，如釘頭（圓柱）翅片、H型翅片、開齒型翅片等。對(duì)每種不同形狀的翅片，都需單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出適用的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

對(duì)同一種形狀的翅片管，影響管外換熱的幾何特性有：基管直徑久，翅片高度厶或 h,翅片厚度［，翅片節(jié)距丫（或翅片間隙）。
對(duì)于翅片管束,還需要考慮翅片管的排列形式:順排或叉排；以及排列的疏密程度:橫向管間距勺，縱向管間距$2。
由于變量太多，給實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)整理帶來很多困難，因此，和其他對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn) 研究一樣，翅片管換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也采用無因次數(shù)來整理，常用的無因次數(shù)有：努塞爾數(shù)Mz,雷諾數(shù)Re和普朗特?cái)?shù)汗，此外，還引入了表示幾何特性的無因次數(shù)。
翅片管管外換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究需要投入大量的人力和物力，而且不同的研究者所得出的關(guān)聯(lián)式在形狀上會(huì)有所不同，但對(duì)同一例題計(jì)算出來的結(jié)果應(yīng)該是相近的。
在選擇翅片管管外換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式時(shí),應(yīng)著重考慮下列幾個(gè)因素：

① 該關(guān)聯(lián)式包含的變量要足夠多,應(yīng)包括翅片管束的大部分應(yīng)用變量和幾何條件。這說明，該關(guān)聯(lián)式應(yīng)該是從盡可能多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中關(guān)聯(lián)出來的。如有的研究報(bào)告只針對(duì) 某一特定尺寸的翅片管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不能推廣應(yīng)用的。
② 要關(guān)注研究者的實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)是否合理，測(cè)試系統(tǒng)是否完善，對(duì)測(cè)試誤差是否有合理的分析。如有的研究是在改裝的現(xiàn)場煙道中進(jìn)行的，這樣得出的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式往往是不可靠的。
③ 好的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式應(yīng)該被多數(shù)用戶采用,而且盡量簡單，計(jì)算容易，便于掌握。
由此可知，要開發(fā)出一個(gè)被廣泛認(rèn)同的翅片管換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式是一個(gè)復(fù)雜的研究課題。到目前為止,往往是新型翅片管不斷涌現(xiàn)，如第1- 2節(jié)所示，但是相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián) 式卻很少,有時(shí)不得不借用相近的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。下面將重點(diǎn)介紹幾個(gè)計(jì)算管外換熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式和計(jì)算流動(dòng)阻力(壓降)的關(guān)聯(lián)式，并針對(duì)每個(gè)關(guān)聯(lián)式給出相應(yīng)的計(jì)算例題。

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