流体绕流带肋片圆柱体的流动换热性能实验与分析陈维汉1皮博明韦虹伟何文武华中科技大学能源与动力工程学院平板的流动换热的组合但这种组合是相互影响的，以致构成，特殊的流动换热方又本文对有肋片的圆柱体本身的流动换热过程和有圆柱体的肋片自身的流动换热性能进行实验研究，并将结果与对应的无肋片圆柱体和无圆柱的肋片的流动与换热性能进亍比较，并对几种带肋片圆柱体的流动换热的综合性能进亍1损失率分析以评价其综合性能的优劣，1流动换热实验原理与方法。对流换热过程的实验研究通常包含流动阻力的实验测定与换热系数的测定两个部分。这里首先分别介绍各自的原理与方法1.1流动阻力的测试流动阻力测呈实验是在小型成洞中进行并整理出相应的关系曲线1！这样就可以得出带肋片圆柱体的总的阻力损失肋片的阻力损失以及圆柱体本身的阻力损失各种试件的阻力系数的计兑关系式为ii风洞中流体流速e流体密度A试件阻力计兑面枳Fu试件流动阻力，按照分析有其中Ajf7sr试件与风洞的总静压降；s，试件与风洞的总静压pt环境静压力Ap，n空风洞的静压降陈维汉，男，1943年12月生，教武汉市，430，74 pn空风洞的静压力p风制动压头其中pupt，风洞有试件或无试件时An风洞迎流面积，是风洞长，81与宽52的乘积；=5162Qlp.i因试件存在所造成的风洞截面收缩而附加的阻力损度时的圆柱体面的局部换热系数卫，此局部换热系数的计算式由不锈钢片上微元段的热平衡关系得出3在稳定状态有由于圆柱体计算阻力系数时用的是迎流面积，而肀板流动01.力汁算使用流体流过的平板也采用流体流过的圆柱体的面积，那么，对于圆柱体的阻力系数有对于平板矩形肋片的阻力系数有对于圆柱体和肋片其总阻力系数为绕流圆柱体的换热系数测定是采用测量局部换热系数的办法进厅的实验装置2所，在风道中放置个圆柱体2，在圆柱体中部包有不锈钢片3，对该不锈钢片通以电流，即对圆柱体面加热在不锈钢片背他装仃测温热电偶4，并设压力测定孔5该圆柱体可在固定士热中。偶5测压孔6电源导板QiA左侧导入微兀段的热流量golit右侧导出微兀段的热流量Q，微元段以付流方式传给空气的热流量Q微兀段向外福射出的散热量代相1十算公式可以茯得测温点处局部换热系数的汁算式V加在不锈钢片两端的电压降b不锈钢片的宽度b不锈钢片的长度，不销钢片的厚度r圆柱体半径X不锈钢片的面发射率ci斯蒂分波纟兹曼常数T测；温度T气流温度是函数厂的阶导数这里采⑴样条函数拟合与之间的关系后计算出相应点的阶导数值将孓无量纲化得出局部努塞尔特数A流体的导热系数将不沿半圆柱积分可以得出平均换热系数飞和对应的平均努塞尔特数，=1久对于相应工况下的流体流速沪，其对应的雷诺数为！=汽式为流体的运动粘度，进系列+同工况的实验，得出对应的，和也数位，并经*小乘法拟出相应的准则关系式m雷诺数的指数1.3流体流过平直肋片的换热系数测定如4，在进行流体流过肋片的换热系数的测量，将肋片本身作为加热体通以较人的电流并记录加热功率时布置热电偶测量出肋片的面温度，之后用如下公式计兑其换热系数无晴纲化为对于相应工况下的流体流速心，如同绕流圆柱体时样有对应的雷诺数办1.　　同样，进行系列不同工况的实验，得出拟合出相应的准则关系式1.4绕流带肋片社体换热系数的测定面通过实验分别得到了流体流过带肋片圆柱体的圆柱体本身的换热系数和肋片本身的换热系，在此基础上就能够获得绕流带肋片圆柱体的总换热系数值，并得出相应的准则关系式，似算公式为+，可将式改写成尤量纲形式为如统作为7纲准则的特征寸，上2实验结果与分析2.1带肋片圆柱体的流动阻力关系式别对带有3个7个和15个肋片的圆柱体的流动阻力进行了实验测定，分别得出了圆柱体和肋片各自的流动阻力系数关系式和者的综合01力系数关系式2.1.1圆柱体的阻力系数关系式未带肋片圆柱体的阻力系数准则关系式，2297.或，1=带有3个肋片的圆柱体自身的阻力关系式带有7个肋片的圆柱体自身的阻力关系式带有15个肋片的圆柱体自身的阻力关系与肋片之间形成的流场端部效应造成的带柱体的7肋片自身的阻力系数准则关系式带圆柱体的15肋片身的阻力系数准则关系式0.0247106给出了上述情况下阻力系数随雷诺数的变化从中可随着肋片数的增加肋片自身阻力系数的变化有先减小后，大的趋势，在有柱体存在，肋片的阻力系数略减小。似7肋片的情况却是增大的总体而言不论是否有圆柱体，肋片的阻力系数变化都是不大的。　　未带阅柱体的3肋炒阻力系数准则关系式a，Q0355e.f，f，wa，=0.017535长带圆柱体的7肋斤阻力系数准则关系式cD0.00936iJeL00103fc，=0.008426未带圆柱体的15肋片肌力系数准则关系带圆柱体的3肋片自身的阻力系数准则关系式21.3带肋片圆柱体的综合阻力系数关系式将上面获得的带肋片圆柱体的圆柱体自身可以得出带肋片圆柱体的综合肌力系数的准则关系式这里给出的是按实际测量结果计算出宋的准则关系式，有带有3个肋片的圆柱体的综合阻力关系式cD= 0.0547带有7个肋片的圆柱体的综合阻力关系式cD= 0.0693061=0.036712带有15个肋片的圆柱体的综合阻力关系H诺数的变化从随着肋数的增加绽介阻力系数是逐步减小的，这种减小是肋片阻力22带肋片圆柱体的换热准则关系式按照前述的柱体加肋片的换热系数的测定方法，进行了带肋片圆柱体的流动换热过程自身以及者综合的换热准则关系式2.21圆柱体自身的换热准则关系式未带肋片圆柱体的换热准则关系式带有3个肋片的圆柱体自身的换热关系式带有7个肋片的圆柱体自身的换热关系式带有15个肋片的圆柱体自身的换热关系情况从，肋斤的在对圆柱体的影响是比较明显的，随着肋片数的，加换热能力是逐步下降的2.2肋片，身的换热准则关系式带有3个肋片的圆柱体流动换热过程的肋片换热关系式带汀7个肋片的圆柱体流动换热过程的肋片换热关系式带有1个肋片的圆柱体流动换热过程的肋片换热关系式未带圆柱体的3个肋片的流动换热过程的换热发系式衣带圆柱体的7个肋片的流动换热过程的换热关系式未带圆柱体的1个肋片的流动换热过程的换热关系式情况以及圆柱体的存在对肋片换热的影响中显出换热性能随雷诺数的增加而，大，而圆柱体的存在对肋片换热的影响随着肋片的，加而加人，系式将带肋片圆柱体流动换热实验测得的圆柱体和肋片的换热关系式代入式5，就可以获得带肋片圆柱体的综介换热准则关系式较情况从中可以看出，综合换热能力随着肋片数的增多而减小，这是因为肋片的换热能力要比圆柱体的换热能力差，因而肋片数增加，综合换热性能就自然会减小但是总体的换热量却圮增加的从，条曲线的变化趋势来看，随着肋片数的增加，换热性能随雷诺数变化的斜率加大，也就是在高雷诺数下换热性能较好3带肋片圆柱体的流动换热性能的综合分析3.1流动换热过程损失率关系式的导出由尸本文是对带肋片圆柱体的流动换热过程进行较为详细的性能研究，且主要目标是放在肋片数目付换热性能的影响上，闪此。正确方面过程来进行综合评估，而且只有对该过程进行姻损失率分析才有可能达到这目的。　　从热力学拟秣知道，流动和换热过程都是不可逆的热力学过程，必然起熵的增加，从而导致过程的。姻损失运用热力学第和第定律，可以导出在给定热流密度和给定特征尺寸下流动换热过程拥损失率的般达式34Tn定义物理量姻的参考温度，1 Sn系统的熵产卞率Q对流换热量q换热热流密度L换热过程的特征尺寸A流体导热系数Th流体绝对温度乃与固壁绝对温度的平均值，7772Fm沿1.1因子，厂7 ct流休密度流休运动坫役面积之比，=4从Fi另个温度因子，是参考温度与流体平均温设之比，只=几7！对丁目前研允的绕流阽柱体的流动换热过程，其换热与流动阻力计算的般关系式分别为Pr普朗特数将这两式代入式27可以得到就使得厂且由厂前血在肌力计算中设定4=，因而导致种=1；同时将流体流过圆柱体换热的特征尺寸定为1=3分析式28可知，该式右边第项因温差传热而导致的过程损失率，而第项为因压力损失而导致的损失率，因而其大小能反映流动换热过程的综合性能毋使流动换热过程泣合性能*佳。就必然要使流动和换热的，损火率之和取得*小值，因而必须对求及6的导数并令其为零，从而得到相应办的*徒值，也就是流动换热过1的*佳的运厅参数值，即只要把上述从实验获得的各种带肋片圆柱体的流动阻力和换热系数的准则关系式，以及流体的物性和平均温度值代入以上两式，就可以对各种带肋片圆柱体在相同的给定条件下进行姻损失率比较，并寻找各自的*佳运行参数及相对大小，从而判别各自性能的差异。　　3.2带肋片圆柱体的流动换热损失率分析的结果利用损失率分析方法可以对带肋片圆柱体的流动换热性能与无肋片圆柱体的流动换热性能进行综合比较。这里仅对肋片和圆柱体组合情况进厅分析为此将其换热准则关系式142526和流动阻力关系式2，分别对应地代入损失率方程式28，并在设记热流密度KThni2ZsX，2624贾也尺之后，可得出如下关系对于无肋片圆柱有对于7肋片圆柱有给1述关系式的变化怙况，从中不难看出，无肋片圆柱体换热性能较好而流动阻力较大，因而综合性能曲线分布在较小的雷诺数范围，且潮损失率*小值1所对应的*佳雷诺数值办较小；带肋片圆柱体的换热性能较小而流动阻力也较小，且随着肋片数在较大的雷诺数范围，且0损失率*小值，所对应的*佳雷诺数值也较大同，随着肋片数的增多。曲线整体工诺数增大总之，圆柱体加装肋片可以提高以圆柱体为计兑面积的换热性能和加大流动阻力，但以整体为计算面积的换热性能与流动阻力是会因肋片数目的增加而明显地减小，且两者之间还会相互影响。但+会改变总体的变化趋势整体的综合性能损失率分析结果明，带肋片圆柱体的综合性能优于不带肋片的圆柱体，且整体针翅管和螺旋扭曲管在制冷机换热器上的应用李志文杨刚明湛江海洋大学热能与动力工程系系统换热器上的应用进行了探讨1概述氨和氟利昂制冷和空调系统中的主要设备如蒸发器冷凝器，吸收式制冷系统中的吸收器发生器冷凝器溶液热交换器等都属十换热设备，以其传热管结构形式来看，基本上都屈矜壳式换热器，只足因循环特性的不14而各有自己的特点通常，其传热管传热效能的优劣决定了机组的效能此外，使用高效传热矜也是缩小换热器体积减轻换热器量提高换热器效率的重要措施目前，对强化传热管的研究己多为第代管型维传热管。非连续翅片管，如锯齿形翅片管节爪，芎透，种针翅管等这些维的非连续翅片管比维的连续翅片矜具有圯不规则的扩展面，流体流过时。边界层反夂不断地受到破坏，从而使传热系数得到进提高12，整体针翅矜和螺旋扭曲管就是其中两种新管型2针翅管和螺旋扭曲管的结构及特点2.1针翅管与其它非连续翅斤管相比，整体针翅管是近年开发的种新型的强化传热管。针翅育的弟代广品是由瑞典51.，1有限公司研制的，现已广泛应用尸船用油加热器锅炉过热器行煤器。烟气余热回收装置等，其强化传热的优势在粘性特别大的燃油加热器中和处理含尘高温烟气的换热设备中得到充分的显露华南理大7化丁机械研究所对这种针翅管进行了多年的研究45，与原中石化北京院合作开发的产品效果很好，获国内专利。何这种第代针翅管其针翅是采用电阻焊方法焊接在基管上也有诸多限制。1*近，江苏某厂引进国外先进技术，采用特殊的车削方法，在管子上直接机加工出整体李志文，男，1962年9月生，湛江市，524025陈维汉，孙毅。传热过程姻损失率方程及参数优化华1陈维汉，周方，唐海龙等。绕流微细环肋圆柱换热性能中理工大学学报，1996，24增刊12陈维汉，唐海龙，周方等。绕流带驻涡板圆柱的换热与大学学报，20029增刊