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翅片管束管外換熱和阻力

日期：2021-08-24 01:54:51點擊：105

翅片管束管外換熱和阻力
上節指出，翅片管的傳熱熱阻由若干項熱阻組成,而管外換熱熱阻是傳熱過程的最大熱阻，這是釆用擴展表面以減小該項熱阻的依據和出發點。本節將推薦翅片管束管外換熱系數的計算式和計算方法。
2.2.1影響因素和研究特點
應當指出，由于翅片管表面結構的復雜性和多樣性，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幾乎是不可能的，而數值解法也同樣不能取得可應用的成果。因此，翅片管束的管外換熱系數必須借助于實驗方法求得，所得結果通常稱為實驗關聯式。為了實驗結果的推廣應用,必須有足夠的實驗變量和科學的實驗研究方法。
雖然理論分析對直接求解翅片管束管外換熱系數無能為力，但可借助于對流換熱的理論和物理概念選擇合理的物理變量，并指導實驗數據的整理。影響翅片管對流換熱的主要因素有以下幾個；
① 氣體的流速。這是影響對流換熱最重要的物理量之一，流速越高,換熱能力越強, 這是對流換熱的基本概念;實驗關聯式應給出流速的實驗范圍；對翅片管換熱器，實驗關聯式中經常使用流體的質量流速作為變量，因為質量流速是不隨溫度而變化的,用起來比較方便;此外，根據翅片管的排列情況，還要指明“迎風面上的質量流速”和“最窄流通截面上的質量流速”。
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,其物理性質是不同的，因而也會影響對流換熱的強度。
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。對每種不同形狀的翅片，都需單獨進行實驗，得出適用的實驗關聯式。

對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［，翅片節距丫（或翅片間隙）。
對于翅片管束,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，給實驗研究和數據整理帶來很多困難，因此，和其他對流換熱的實驗研究一樣，翅片管換熱系數的實驗數據也采用無因次數來整理，常用的無因次數有：努塞爾數Mz,雷諾數Re和普朗特數汗，此外，還引入了表示幾何特性的無因次數。
翅片管管外換熱系數的實驗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聯式在形狀上會有所不同，但對同一例題計算出來的結果應該是相近的。
在選擇翅片管管外換熱系數的實驗關聯式時,應著重考慮下列幾個因素：

① 該關聯式包含的變量要足夠多,應包括翅片管束的大部分應用變量和幾何條件。這說明，該關聯式應該是從盡可能多的實驗數據中關聯出來的。如有的研究報告只針對某一特定尺寸的翅片管進行實驗，這樣的實驗結果是不能推廣應用的。
② 要關注研究者的實驗研究系統是否合理，測試系統是否完善，對測試誤差是否有合理的分析。如有的研究是在改裝的現場煙道中進行的，這樣得出的實驗關聯式往往是不可靠的。
③ 好的實驗關聯式應該被多數用戶采用,而且盡量簡單，計算容易，便于掌握。
由此可知，要開發出一個被廣泛認同的翅片管換熱的實驗關聯式是一個復雜的研究課題。到目前為止,往往是新型翅片管不斷涌現，如第1- 2節所示，但是相應的實驗關聯式卻很少,有時不得不借用相近的關聯式進行設計。下面將重點介紹幾個計算管外換熱系數的關聯式和計算流動阻力(壓降)的關聯式，并針對每個關聯式給出相應的計算例題。

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