华南理工大学学报(自然科学版)第36卷第11期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.36No.112008年11月(NaturalScienceEdition)November2008文章编号:10002565X(2008)1120017205收稿日期:20072112013基金项目:广东省科技攻关项目(2004B10201008)作者简介:高学农(19692),男,博士,副教授,主要从事传热强化和节能研究.E2mail:cexngao@scut.edu.cn高扭曲比螺旋扁管的管内传热及流阻性能3高学农邹华春王端阳陆应生(华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州510640)摘要:以水为介质,研究了不同截面短长轴比(B/A=0127～0147)和扭曲比(即导程与直径比,S/de=17119～50162)的高扭曲比螺旋扁管的管内传热和流阻性能.实验结果表明:高扭曲比螺旋扁管的管内努塞尔数和阻力系数均随B/A值和S/de值的增大而减小,但随B/A值的增加而减小得更快,B/A值对高扭曲比螺旋扁管的管内传热与流阻性能影响更大;在相同雷诺数和普朗特数下,高扭曲比螺旋扁管管内的努塞尔数为光滑管的113～215倍;阻力系数为光滑管的112～115倍.文中还通过多元线性回归法对实验数据进行了分析,提出了高扭曲比螺旋扁管管内努塞尔数和阻力系数的准数方程式,其最大误差分别是12%和6%,从而为该类型螺旋扁管换热器的工程设计提供了依据.关键词:螺旋扁管;传热强化;流阻;扭曲比中图分类号:TK124;TQ021.3文献标识码:A1984年瑞典Allares公司成功设计制造了第一台工业应用的螺旋扁管换热器,后经美国Brown2Fintube公司改进,螺旋扁管换热器便广泛应用于化学、石油、造纸、电力、钢铁矿物质处理等行业[1].与传统的管壳式换热器相比,螺旋扁管换热器具有压降小、传热效率高、不易结垢、易清洗、无折流板、无振动、成本低等优点[2].螺旋扁管的结构特点是管子换热段的任一截面都为一扁圆.一般认为流体在管内周期性的螺旋流动可以使流体冲刷壁面,减薄边界层,同时引起流体的二次流动,促进流体的径向混合,从而加剧流体的湍流.从20世纪80年代起,俄罗斯的一些学者就开展了系列的研究,主要侧重于研究流体在螺旋扁管管束中各管相互支撑形成的通道内流动的特征、传热传质性能及流动阻力等[327].近年来,国内也开始对螺旋扁管的传热性能和机理进行研究,但大多是通过数值模拟方式进行,少量实验研究主要集中在管内低雷诺数(Re)和短长轴比B/A>015、扭曲比S/de<12的情况,且实验所采用的螺旋扁管参数种类也较少,因而所得到的传热与流阻关联式具有较大的局限性[829].文献[10]只给出了以空气为介质、扭曲比S/de为615的螺旋扁管内传热关联式.另有学者对较低雷诺数条件下扭曲比S/de在6～12之间的螺旋扁管换热器进行了实验研究,提出了管内的传热和流阻的关联式[11213].对于高扭曲比的螺旋扁管,张杏祥等[14]采用数值模拟计算了扭曲比S/de最高为26143时螺旋扁管换热器的传热系数.目前尚未见有关高扭曲比螺旋扁管传热与流阻性能研究的报道.本文以水为介质,研究了9种不同结构参数(B/A=0127～0147,S/de=17119～50162)的高扭曲比螺旋扁管管内传热性能和流阻性能,并与光滑管数据进行对比,提出了针对不同结构参数螺旋扁管管内传热与流阻的实验数据关联式.1实验装置及方法1.1实验系统实验系统主要由试验段、冷水循环系统、热水循环系统、数据采集系统等组成,实验流程如图1所示.图1实验流程简图Fig.1Schematicdiagramofexperimentalsystem1—精密温度控制仪;2—电加热器;3—水箱;4—阀门;5—离心泵;6—玻璃转子流量计;7—U型压差计;8—数据采集仪;9—计算机;10—试验段管外流体为热水,在热水箱内经电加热器加热到一定温度后,经离心泵泵送至试验段螺旋扁管与套管间的环隙中,与管内冷水换热后送回热水箱;管内流体为冷水,在冷水箱中由离心泵泵送到试验段与套管环隙中的热水换热,再经过冷却塔冷却后回到冷水箱.在各个离心泵的出口处都设置了一个回路,通过阀门来控制管外和管内流体流量.管内和管外的水流量由玻璃转子流量计测量.管内和管外流体的压降由U型压差计测量.水箱内水温通过精密温度控制仪控制,在图1中的“×”点位置布置了14对铜-康铜热电偶.温度由连接计算机的HPAgi2lent34970A型数据采集仪采集,通过计算机记录数据,设置记录频率为每隔10s采样1次,取2min内...
