不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较
西安石油大学毕业设计（论文）
不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较
摘 要：随着制冷空调行业的发展,人们已经把注意力集中在高效、节能节材的紧凑式换热器的开发上,而翅片管式换热器正是制冷、空调领域中所广泛采用的一种换热器形式。对于它的研究不仅有利于提高换热器的换热效率及其整体性能,而且对改进翅片换热器的设计型式,推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。
由于翅片管式换热器在翅片结构形式和几何尺寸的不同,造成其换热性能和阻力性能上的极大差异。本文概述目前国内外空调制冷行业中的普遍采用的几种不同翅片类型（平直翅片、波纹翅片、开缝翅片、百叶窗形翅片）的换热及压降实验关联式及其影响因素，对不同翅片形式的管翅式换热器的换热及压降特性的实验关联式进行总结，并对不同翅片的流动换热性能进行了比较。正确地选用实验关联式及性能指标，将对翅片管式换热器的优化设计及其制造提供可靠的依据。
关键词：翅片形式；管翅式；换热器；关联式；流动换热性能
西安石油大学毕业设计（论文）
Study on heat transfer and flow characteristics of fin-and-tube
heat exchangers with various fin types
Abstract： With the development of refrigeration and air conditioning, high efficiency,
energy saving and material saving compact type of heat exchanger is development, as one
kind of compact heat exchanger, fin-and-tube heat exchanger has a wide application in
future. It is necessary to develop compact heat exchanger which is more energy saving and
material saving to improve the heat exchanger thermal efficiency and the overall
performance of heat transfer.
This paper summaries the heat transfer and pressure drop correlations of different fin
surfaces, and the corresponding influencing factors. The heat transfer and friction
characteristic of these kinds of fin types are compared, and the results show the difference
of these fin types. The appropriate correlation and evaluation criterion will provide reliable
foundation to the design and optimization of compact heat exchangers.
Key words： Fin-and-tube heat exchanger; Heat transfer and flow characteristics;
Experimental correlations; Comparison
西安石油大学毕业设计（论文）
目录
1 绪论 ........................................................................................................................... 2
1.1课题背景及研究意义 ......................................................................................... 3
1.2管翅式换热器简介 ............................................................................................. 3
1.3管翅式换热器的特点 ......................................................................................... 4
1.4 管翅式换热器的换热过程 ................................................................................ 4
1.5研究现状 ............................................................................................................. 5
1.5.1国外实验及模拟研究进展 .......................................................................... 5
1.5.2国内研究现状和数值模拟 .......................................................................... 6
1.5.3管翅式换热器及发展趋势 .......................................................................... 8
1.6 管翅式换热器的不同形式的翅片研究现状 .................................................... 9
2影响翅片换热和压降性能的主要结构因素 .......................................................... 11
2.1翅片间距对换热特性和压降特性的影响 ....................................................... 12
2.2管排数对换热特性和压降特性的影响 ........................................................... 12
2.3管径对换热特性和压降特性的影响 ............................................................... 13
2.4管间距对换热特性和压降特性的影响 ........................................................... 13
3．不同翅片经验关系式总结及比较 ....................................................................... 14
3.1 平直翅片经验关系式的总结 .......................................................................... 14
3.2 波纹翅片经验关系式的总结 .......................................................................... 18
3.3 百叶窗翅片经验关系式的总结 ...................................................................... 23
3.4 开缝翅片经验关系式的总结 .......................................................................... 26
4．四种翅片经验关系式比较 ................................................................................... 31
结论 ............................................................................................................................. 38
参考文献 ..................................................................................................................... 40
致谢 ............................................................................................................................. 44
西安石油大学毕业设计（论文）
3
1 绪论
1.1课题背景及研究意义
换热器是国民生产中的重要设备，其应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空等各工业部门。例如，过路热力系统中的过热器、省煤器、空气预热器、凝汽器、除氧器、给水加热器、冷却塔等；金属冶炼系统中的热风炉、空气或煤气预热器、废热锅炉等；制冷及低温系统中的蒸发器、冷凝器、回热器等；石油化工工业中广泛采用的加热及冷却设备等，制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，这些都是换热器应用的大量实例。它不但是一种广泛应用的通用设备，并且在某些工业企业中占有很重要的地位。例如在是有化工工厂中，它的投资要占到整个建厂投资的1/5左右，它的重量站工艺设备总重的40%；在年产30万吨的乙烯装置中，它的投资站总投资的25%。由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临这能源短缺的局面，各国都致力于新能源的开发，并积极开展预热回收及节能工作，因而换热器的应用又与能源的开发及节约有着密切的联系。在这一工作中，换热器也充当着一个重要的角色，其性能的好坏也直接影响到能源利用的效益。热交换器作为一种利用能源与节约能源的有效设备，在余热利用、核能利用、太阳能利用和地热利用等方面也起着重要的作用。
随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发的合理性与有效性的要求不断提高，因而对换热器性能的要求也日益增加。特别是对换热器的研究必须满足各种特殊情况和苛刻条件的要求，对它的研究也就显得更为重要。因此，在换热器的生产及研究开发上除了满足各种必需的工艺条件之外，对它的综合性能也提出了更高的要求。
翅片的分类与特点
真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。
1 / 6 翅片分类及其特点简介
14121330 彭启
0.引言
翅片是基本的传热元件，其作用是扩大换热面积，提高热传递的效率。翅片可以看成是隔板的延伸和扩展；其次，翅片的不同形式使空气在流道内形成了强烈的扰流，并使流动边界层和热边界层断裂、重组，从而强化换热；最后，翅片还可以提高散热器整体强度，有效扩大其应用范围。常用的翅片结构形式有平直翅片、百叶窗翅片、锯齿翅片、多孔翅片和波纹翅片[1]。
图1 典型翅片结构形式
许多学者对翅片作了深入广泛的研究，本文利用翅片应用的环境，按照管内与管外；液体之间换热、液体与气体之间换热、气体与气体之间换热等方面对翅片进行分类，并详细阐述各种翅片的特点。
1.管内与管外翅片的结构形式与特点
在换热器及许多换热设备中，传热壁面两侧流体的对流换热系数的大小往往很不均衡，因此需要在传热壁面对流换热系数小的那一侧加装翅片。
翅片管换热器所用翅片管有内翅片管和外翅片管两种，其中以外翅片管应用较为普遍。外翅片管一般是用机械加工的方法在光管外表面形成一定高度、一定片距、一定厚度的翅片。翅片管的型式有螺旋翅片管、套装翅片管、滚轧式翅片管、板翅式翅片管[2]。
其中螺旋形翅片管广泛应用于管内为液体或气液两相工质而管外为气体的场合，具有强化管外气流扰动、扩大换热面积的作用，从而增强传热，节约能源。同时由于其结构紧凑，使金属耗量减少，因此在电场锅炉中采用螺旋管束翅片管省煤器可大大节省运行费 真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。
用，在国内外得到了迅速的推广应用[3]。
为改进螺旋形翅片管易积灰且不易清理的缺点，近年来提出了H型鳍片管。H型鳍片管，亦称H型肋片管，是把两片中间有圆弧的钢片对称地与光管焊接在一起形成鳍片(肋片或蝶片)，正面形状颇像字母“H”。由于其鳍片表面特殊的沟槽结构，去除了部分在鳍片表面进口和尾部分离区中的换热面积，降低了进口和尾部分离区传热恶化对整个鳍片传热的影响，从而提高了鳍片的平均对流换热系数和鳍片效率，达到强化传热的目的，并避免了螺旋鳍片管束常见的因结构设计不合理导致的鳍片烧毁问题[4]。
翅片管式换热器工作原理
翅片管式换热器是一种常用的换热设备，它通过翅片管的设计和工作原理实现热量的传递。下面是翅片管式换热器的工作原理：
1.翅片管结构：翅片管由内管和外翅片组成，内管负责流体的传输，而外翅片则提供
更大的表面积来增强热量传递效果。
2.流体流动：待加热的流体（一般为液体或气体）从翅片管的一端进入，沿着内管流
动。同时，在内管的外部，冷却介质（如水或空气）也在相反的方向上流动。
3.翅片导热：待加热的流体通过内管壁与外翅片接触，翅片作为导热介质将热量从待
加热的流体传递到外翅片上。
4.热量传递：外翅片的表面积相对较大，接触冷却介质，使得热量能够迅速传递到冷
却介质中。
5.温度差驱动：翅片管式换热器工作过程中，流体和冷却介质之间的温度差是热量传
递的驱动力。这样，在翅片管内，热量从高温的流体传递到低温的冷却介质，实现了热量的换热。
6.对流传热：在翅片管式换热器中，流体和冷却介质之间的热量传递主要通过对流传
热实现。当热流体经过内管时，热量会通过内管壁传递到外翅片上。同时，冷却介质在外翅片表面流动，通过对流与外翅片接触，吸收热量。
7.传热效率：翅片管式换热器的热传导效率取决于内管与外翅片之间的热传导性能以
及流体和冷却介质之间的对流传热效率。翅片管的设计可以增加换热表面积，提高换热效率。
8.翅片形状和排列方式：翅片的形状和排列方式也会影响换热器的性能。常见的翅片
形状包括直翅片、弯曲翅片等，而翅片的排列方式可以是平行排列、交错排列等。这些设计可以增加翅片表面积，增强对流传热效果。9.应用领域：翅片管式换热器被广泛应用于许多工业领域，如化工、石油、能源、制
药等。它在加热、冷却和温度控制过程中起着重要作用，常见的应用包括汽车散热器、空调系统、工业锅炉等。
总体而言，翅片管式换热器利用翅片管结构和对流传热原理，将待加热的流体与冷却介质之间的热量传递最大化，实现高效的热交换。这种换热器具有结构简单、传热效率高、紧凑轻，翅片管式换热器通过内管和外翅片的设计，利用翅片作为导热介质，在流体和冷却介质之间建立起热量传递的通道，从而实现了热量的传递和换热。
翅片管换热器的性能实验研究
翅片管换热器的性能实验研究
翅片管换热器的性能实验研究
引言：
换热器是工业生产过程中广泛应用的设备，其作用是实现不同介质之间的热量传递。翅片管换热器作为一种常见的换热器类型，其结构简单，可靠性高，并具有较高的换热效率。本文将对翅片管换热器的性能进行实验研究，探究其换热性能，并为工程实践提供参考。
一、实验方法：
1. 实验装置：
本实验采用一套自行构建的翅片管换热器实验装置，包括主体管道、水箱、电加热器、温度传感器等。
2. 实验流程：
（1）将水箱内的水加热至设定温度。
（2）将水泵打开，使水通过主体管道进入翅片管换热器。
（3）启动电加热器，调整加热功率，保持主体管道中的水温度恒定，并记录设定温度。
（4）在水进出口处分别安装温度传感器，实时监测水的进出口温度数据。
（5）记录加热功率、冷却水流量等实验参数。
二、实验结果：
1. 翅片管换热器的换热效率随着加热功率的增加而增加，但增长速度逐渐减小，呈现递减的趋势。
2. 随着进出口温差的增大，换热效率也会增加。
3. 冷却水流量对换热效率有一定影响，流量过大或过小都会导致换热效率下降。 三、讨论：
1. 加热功率对换热器的换热效率具有重要影响。随着加热功率的增加，换热器内水流速度加快，使得热量更充分地传递给冷却介质。但当加热功率较高时，受限于水流速度的提高上限，进一步增加加热功率对换热效率的改善作用有限。
2. 进出口温差是影响换热器换热性能的重要因素。温差增大使得热量传递更加迅速，换热效率也相应提高。因此，在实践中，应尽可能提高进出口温差以提高换热效率。
3. 冷却水流量对换热器换热效率的影响较为复杂。过小的流量会导致热量传递不充分，而过大的流量则可能引起水与翅片之间的互相干扰，降低换热效果。因此，在设计和运行换热器时，需根据实际情况合理调整冷却水流量。
四、结论：
翅片管换热器的性能实验研究中发现，加热功率、进出口温差和冷却水流量是影响翅片管换热器换热效率的重要因素。合理调整这些因素可以提高换热器的效率，从而更好地满足工业生产中的换热需求。本研究结果为实际工程应用提供了一定的指导意义，也为进一步优化换热器性能提供了一些思路。
动态图解各种换热器工作原理和特点（史上最全，没有之一！）
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一、U型管式换热器
每根管子都弯成U形，固定在同一侧管板上，每根管可以自由伸缩，也是为了消除热应力。
性能特点：
此类换热器的特点是管束可以自由伸缩，不会因管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，流程 较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。
其缺点是管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分布管不紧凑， 所以管子数不能太多，且管束中心部分存在间隙，使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外，为了弥补弯管后管壁 的减薄，直管部分需用壁较厚的管子。这就影响了它的使用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大，或壳程介质易结垢而管程介质清洁及不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的情形。
二、沉浸式蛇管换热器
沉浸式蛇管换热器以蛇形管作为传热元件的换热器，是间壁式换热器种类之一。根据管外流体冷却方式的不同，蛇管 式换热器又分为沉浸式和喷淋式。
优点：
这是一种古老的换热设备。它结构简单，制造、安装、清洗和维修方便，便于防腐，能承受高压，价格低廉，又特别 适用于高压流体的冷却、冷凝，所以现代仍得到广泛应用。
缺点：
由于容器体积比管子的体积大得多、笨重、单位传热面积金属耗量多，因此管外流体的表面传热系数较小。为提高传 热系数，容器内可安装搅拌器。
三、列管式换热器
冷流体走管内，热流体经折流板走管外，冷、热流体通过间壁换热。
性能特点：
列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊 在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同 时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于 两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。
翅片式管翅式换热器流动换热性能比较研究
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翅片式管翅式换热器流动换热性能比较研究
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摘 要：随着制冷空调行业的发展,人们已经把注意力集中在高效、节能节材的紧凑式换热器的开发上,而翅片管式换热器正是制冷、空调领域中所广泛采用的一种换热器形式。对于它的研究不仅有利于提高换热器的换热效率及其整体性能,而且对改进翅片换热器的设计型式,推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。
由于翅片管式换热器在翅片结构形式和几何尺寸的不同,造成其换热性能和阻力性能上的极大差异。本文概述目前国内外空调制冷行业中的普遍采用的几种不同翅片类型（平直翅片、波纹翅片、开缝翅片、百叶窗形翅片）的换热及压降实验关联式及其影响因素，对不同翅片形式的管翅式换热器的换热及压降特性的实验关联式进行总结，并对不同翅片的流动换热性能进行了比较。正确地选用实验关联式及性能指标，将对翅片管式换热器的优化设计及其制造提供可靠的依据。
关键词：翅片形式；管翅式；换热器；关联式；流动换热性能
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1 绪论
1.1课题背景及研究意义
换热器是国民生产中的重要设备，其应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空等各工业部门。例如，过路热力系统中的过热器、省煤器、空气预热器、凝汽器、除氧器、给水加热器、冷却塔等；金属冶炼系统中的热风炉、空气或煤气预热器、废热锅炉等；制冷及低温系统中的蒸发器、冷凝器、回热器等；石油化工工业中广泛采用的加热及冷却设备等，制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，这些都是换热器应用的大量实例。它不但是一种广泛应用的通用设备，并且在某些工业企业中占有很重要的地位。例如在是有化工工厂中，它的投资要占到整个建厂投资的1/5左右，它的重量站工艺设备总重的40%；在年产30万吨的乙烯装置中，它的投资站总投资的25%。由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临这能源短缺的局面，各国都致力于新能源的开发，并积极开展预热回收及节能工作，因而换热器的应用又与能源的开发及节约有着密切的联系。在这一工作中，换热器也充当着一个重要的角色，其性能的好坏也直接影响到能源利用的效益。热交换器作为一种利用能源与节约能源的有效设备，在余热利用、核能利用、太阳能利用和地热利用等方面也起着重要的作用。
波纹翅片的传热与流动特性研究
西安石油大学本科毕业设计论文
波纹翅片的传热与流动特性研究
摘要；近些年来能源与环境问题日益加剧,保护环境、降低能源消耗成为当今世界的主题,因此各行业的学者都肩负减少能耗的重任。板翅式换热器是在20世纪问世的,
由于其在节省能源与材料方面的优越性，如今在石油化工、能源动力、冶金、制冷、航天等各领域已经获得了广泛的应用。翅片管换热器在制冷、空调等领域广泛应用。波纹翅片是这种紧凑式换热器的翅片类型中的一种, 它增加了传热面积和扰流的程度，对换热器的性能有很大的提升。
本文应用FLUENT软件针对波纹翅片管换热器空气侧换热进行数值模拟。并研究Re数、管排数和管径等参数对空气侧传热和流动特性的影响。同时对不同尺寸的波纹翅片进行了数值模拟分析并计算出各个模型的换热因子 j 和阻力因子f，根据他们的数值判断翅片在该模型下的性能优略。最后考察了波纹形式、管排、翅片间距、波峰到波谷投射长度和波峰到波谷高度对流动换热性能的影响。
关键词： 波纹翅片； 数值模拟 ；换热因子； 阻力因子；换热性能
西安石油大学本科毕业设计论文
study on heat transfer and flow of wavy fins
Abstract；In recent years, energy and environmental issues increase, protecting the
environment and reducing energy consumption are the themes of the present
world.Plate-fin heat exchanger appears in the 20th century ，because of its superiority in
terms of saving energy and materials. Now it is used widely in various fields such as
干式风机盘管翅片管换热器流动换热的数值模拟与试验对比
第１Ｏ卷第５期 ２ ０ １ ０年１ ０月 制冷与空调 ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴ１０Ｎ ＡＮＤ ＡＩＲ—Ｃ０ＮＤＩＴ１０ＮＩＮＧ
干式风机盘管翅片管换热器流动换热的
数值模拟与试验对比＊
吴俊峰 张秀平 王雷 戴琳 武亚伟
（合肥通用机械研究院压缩机技术国家重点实验室）
摘要利用ＣＦＤ软件对干式风机盘管翅片管换热器空气侧的流动和换热特性进行数值模拟。同时，将 模拟结果与试验数据进行对比分析，结果表明数值模拟计算方法是可行的，可为干式风机盘管产品的优化 设计提供参考。 关键词干式风机盘管；换热器；流动特性；换热特性；数值模拟
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ
ｆｌｕｉｄｆｌｏｗ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｆ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｆｏｒ ｄｒｙ ｆａｎ—ｃｏｉｌ ｕｎｉｔｓ
Ｗｕ Ｊ ｕｎｆｅｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｘｉｕｐｉｎｇ Ｗａｎｇ Ｌｅｉ Ｄａｉ Ｌｉｎ Ｗｕ Ｙａｗｅｉ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｃｏｎｄｕｃｔｓ ｎｕｍｅｒｉｃａ１ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｏｎ ａｉｒｓｉｄｅ ｏｆ ｆｉｎ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ ｆｏｒ ｄｒｙ ｆａｎ ｃｏｉ１ ｕｎｉｔｓ ｗｉｔｈ ＣＦＤ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘ—
ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉＳ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ ｉｔ’Ｓ ａｌｓｏ ｕｓｅｆｕｌ ｆｏｒ
翅片的分类与特点 2
翅片的分类与特点
翅片是生产过程中使用较广泛的加工零件，具有各种不同的分类与特点。以下是对这些分类与特点进行详细介绍的文章。
翅片是一种具有较大表面积的平板形加工零件，通常用于换热装置、散热器、冷却器等设备中。根据不同的分类标准，翅片可以被分为多种类型，各自具有不同的特点。
一、根据材料分类
1.金属翅片
金属翅片是最常见的一种翅片类型，广泛应用于不同的行业。常见的金属材料有铝、铜、不锈钢等。金属翅片具有良好的热传导性能和机械强度，能够有效提高换热效率。同时，金属翅片还具有较好的耐腐蚀性和耐高温性能。
2.塑料翅片
塑料翅片主要由一些高分子材料制成，例如聚丙烯、聚乙烯等。相比于金属翅片，塑料翅片具有较低的成本和较轻的重量。此外，塑料翅片还具有良好的耐腐蚀性、绝缘性和耐酸碱性能。
3.复合材料翅片
复合材料翅片是金属与其他非金属材料的组合，通常是金属基体上涂覆一层非金属材料，如橡胶、陶瓷等。复合材料翅片具有金属翅片的高强度和非金属材料的其他优点，能够同时满足多种要求。
二、根据结构分类 1.平片翅片
平片翅片是最简单常见的一种翅片结构形式，由于表面积较小，换热效率相对较低。平板翅片适用于低温换热条件下的换热器。
2.湿式翅片
湿式翅片是在平板翅片的基础上进一步改进而成的，其表面增加了一些褶皱，能够增加翅片的表面积，从而提高了换热效率。湿式翅片适用于高温换热条件下的换热器。
3.纹理翅片
纹理翅片是在平板翅片的表面上纹理一定形状的纹理，能够增加翅片的换热面积，提高换热效率。纹理翅片适用于一些特殊的换热条件下。
三、根据工艺分类
1.挤压翅片
挤压翅片是利用挤压工艺在金属板上形成一系列彼此相连的翅片。挤压翅片具有高强度、高密度、高热交换效率的特点，广泛应用于散热器、冷却器等设备中。
2.真空吸塑翅片
真空吸塑翅片是利用真空吸塑工艺将热塑性塑料片吸附在金属基板上形成翅片的一种方法。真空吸塑翅片具有成本低、工艺简单、重量轻等优点，在轻型散热器中广泛使用。
板翅式换热器换热性能研究
板翅式换热器换热性能研究①
李珞’ 张跟超 （１．中国矿业大学化工学院；２．中国矿业大学理学院 江苏徐州 ２２１ ００８） 工程技术
摘要：本文主要介绍了板翅式换热器的强化换热的特点，从第一个层次增加对流换热系数和第二个层次改善换热器的整体安排两方面 着手。根据其特点，选择提高换热器性能的方法，可以大大节约原料、降低成本，增加经济效益。 关键词：板翅式换热器 强化挟热 场协同理论 性能改进 中图分类号：ＴＫ１ ７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７２－－３ ７９１（２ｏ１ｏ）ｏ５（ｃ）－００２８－０１ 目前，换热器还是进行热量交换的通 用工艺设备，是生产与生活中不可缺少的 重要热利用设备，热量交换性能的优劣对 能源的有效利用有重大的影响。为缓和能 源紧张的状况，大力发展节能技术，已成为 当前世界各国工业生产和人民生活中一个 重要课题。在当前国际形势下由于人口增 加，生产发展对资源需求的迅速增长，两次 石油危急以及伊拉克战争带来的石油价格 大幅上涨，使得人们对节能技术提出越来 越高的要求。合理设计、运转和改进换热设 备对节省资金、能源和金属意义重大。 常用的换热器有很多类型，板翅式换 热器是目前国内最先进的换热设备之一。 它具有体积小、重量轻、换热效率高、坚固 耐用适应性强并可设计成多股流体同时换 热等优点。其单位体积换热面积比管壳式 换热器大十倍以上．在相同换热量情况下， 其重量不到管壳式换热器的五分之一。它 可以用于各种介质的热交换以及有相变的 冷凝和蒸发。由于它有众多的优点，已住空 分、石油化工、航空航天、电子、原子能、导 弹、车辆、船舶（燃气轮机）、动力机械、机床 油冷却器、冶金、制冷、空调等领域得到广 泛应用，并在利用热能、回收余热、节约原 料、降低成本以及一些特殊用途上取得了 显著的经济效益。在此基础上如能对板翅 式换热器的性能做进一步的改进，定会有 较大的价值。 １板翅式换热器强化换热的特点 由于板翅式换热器的翅片结构特殊， 流体在通道中能够形成强烈的紊动，能使 热阻边界层不断破坏，有效地降低了热阻， 提高了传热效率；另一 方面，板翅式换热器 的结构比较紧凑，单位体积的传热面积，一 般要比列管式换热器热效率大５倍以上，每 一外壳容积为ｌＩＴｔ 时，其传热面积约为 １６０ｍ 。板翅式换热器较轻巧而牢固片很 薄，一一般为０．３ｒａｍ以内，而由于结构紧凑、 体积小，一般用铝制造，因而重量很轻，同 时，由于翅片既是主要的传热表面，又是两 隔板的支撑，故强度高。板翅式换热器适应 性强，在同一设备内呵允许有多种介质换 热，且可用于气与气、气与液、液与液之间 的热交换。 结构紧凑，便于多股流布置，小温差和 火温差换热是板翅式换热器的突出优点。 ｝扫于它的传热性能高，因而能够提高能源 利用的效率，降低运行成本，而且能使设备 小型化；但板翅式换热器也有其明显的缺 点：（１）由于存在大量的翅片，通道比较狭 窄，因而板翅式换热器的流动阻力一般比 较大；（２）板翅式换热器的污垢问题也比较 严重。（３）板翅式换热器在设计、安装及流道 的布置上也比较困难。 目前在工业生产中，尤其是作为换热 器的使用上还没有充分发挥到作用。由于 板翅式换热器具有的换热效率高、结构紧 凑的优点，随着生产规模的扩大，在能源紧 缺的情况下，随着生产技术的现代化及高 技术的发展，对板翅式换热器的性能提出 越来越苛刻的要求。如何进行合理的多股 流的流道布置克服板翅式换热器的缺点， 提高换热效率，同时不造成流动阻力过高 等，将是对板翅式换热器设计要进行改进 的关键。 提高板翅式换热器的传热性能可以有 两个层次，第一个层次是增加对流换热系 数，这是传统的强化换热的方法，这种方法 在增大了换热系数的同时，也明显增大了 流动阻力，而且在很多时候，是得不偿失 的，也就是说换热器换热性能增加带来的 利益还不足以弥补流动阻力增加付出的代 价。第二个层次是改善换热器的整体安排， 它不会明显带来换热器流动阻力的增加， 这个理论是清华大学过增元教授提出的场 协同理论，也是目前换热器行业中很多学 者研究的指导方向。利用这个理论的指导， 去改善换热器中冷热流体的流道布置，协 同换热器的温差分布，提高板翅式换热器 的效能。通过重新分布换热面积可提高换 热器的效能，当面积分布合适的时候，可以 达到比较高的换热效率，同时不明显提高 换热器的流动阻 。过增元指出，换热器的 传热性能的高低取决于它们的温度场的均 匀性即冷热流体温度场协同程度，而不是 取决于流动形式。板翅式换热器换热效率 高低的另外一个决定因素就是流体入口流 速的均匀性。物流分配的不均匀性是引起 其效能下降的主要原因。 ２提高换热器换热性能的方法 真对以上换热器的特点，要提高换热 性能，应采取以下几种改进方法。 减少初设计的传热面积和重量，在保 证现有换热系数的条件下，使得换热面积 减小，从而使用的金属或其它材料减少，设 ①作者简介：李珞（１９８９一），女，江苏省徐州Ｉ市人，主要研究方向为过程装备与控制工程。
翅片管式气-液换热器变工况下传热特性研究
翅片管式气-液换热器变工况下传热特性研究
苑中显;刘忠秋;吴波
【摘 要】采用FLUENT软件对高温空气-混合硝酸盐在翅片管式换热器中的换热进行了三维数值模拟,研究其换热与流动特性.模拟主要考察对于不同压力工况下及不同Re数的高温空气,换热器的换热及阻力特性.计算结果表明:随着空气侧流速及空气压力的增加,空气侧表面换热系数都有显著增加,同时流动阻力也有所增加.低压力工况时的换热及阻力特性曲线几乎随空气流速呈线性相关,高压力工况流动和换热呈非线性趋势.将数值模拟结果与实验结果进行了对比,对数值模拟结果的准确性进行了验证,并得出了流体物性对换热器性能的影响,给出了翅片管换热器在不同条件下的换热准则方程式.
【期刊名称】《制冷与空调（四川）》
【年(卷),期】2018(032)005
【总页数】7页(P476-482)
【关键词】翅片管式换热器;数值模拟;高温空气;混合硝酸盐;压力工况
【作 者】苑中显;刘忠秋;吴波
【作者单位】北京工业大学环能学院 北京 100124;北京工业大学环能学院 北京
100124;北京工业大学环能学院 北京 100124
【正文语种】中 文
【中图分类】TB657.5;TQ018 当前各电厂的发电装机容量与电网容量都是按照最大需求建设，随电网峰谷差日趋增大，必然导致非用电高峰时发电机组的停机或低负荷运行及电网容量浪费。2012年全国常规燃煤发电机组发电总负荷系数仅为52.1%[1]，电网负荷利用系数也小于55%[2]。储能[3]可大幅提高火电机组实际运行效率，增强电网输电能力。超临界压缩空气储能系统利用低谷电，将空气压缩并储存在储气罐中，使电能转化为空气的内能存储起来，它解决了常规压缩空气储能系统面临的依靠化石燃料、储能密度低、依靠大型储气室、响应速度慢等问题[4]。在超临界压缩空气过程中，空气的温度会随之升高，这部分热量如何被有效蓄集具有重要的研究意义[5]。本文设计出一种翅片管式气-液换热器，可把这部分热量储存在熔融盐中[6]。近几年，关于管翅式换热器的各参数对换热和流动的影响的研究有很多，大多集中在对翅片间距、翅片厚度、翅片尺寸及数目的优化，还有一些关于翅片材料、翅片结构等对换热的影响[7-9]，但对比不同压力工况不同流速的高温空气对换热和流动影响的研究并不多。本文通过数值模拟，采取不同压力工况下及不同入口速度的高温空气在翅片管换热器中与管内熔盐介质进行换热，研究其对换热和流动的影响。数值模拟中的高温空气的参考压力来自于文献[10]中对于超临界压缩空气储能系统中蓄能系统的研究部分。