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翅片管束管外换热和阻力

日期：2021-08-24 01:54:51点击：150

翅片管束管外换热和阻力
上节指出，翅片管的传热热阻由若干项热阻组成,而管外换热热阻是传热过程的最大热阻，这是釆用扩展表面以减小该项热阻的依据和出发点。本节将推荐翅片管束管外换热系数的计算式和计算方法。
2.2.1影响因素和研究特点
应当指出，由于翅片管表面结构的复杂性和多样性，使得周围流体的流场状况和速度分布难以确定，用理论分析法求解气体绕流翅片管束的换热系数几乎是不可能的，而数值解法也同样不能取得可应用的成果。因此，翅片管束的管外换热系数必须借助于实验方法求得，所得结果通常称为实验关联式。为了实验结果的推广应用,必须有足够的实验变量和科学的实验研究方法。
虽然理论分析对直接求解翅片管束管外换热系数无能为力，但可借助于对流换热的理论和物理概念选择合理的物理变量，并指导实验数据的整理。影响翅片管对流换热的主要因素有以下几个；
① 气体的流速。这是影响对流换热最重要的物理量之一，流速越高,换热能力越强, 这是对流换热的基本概念;实验关联式应给出流速的实验范围；对翅片管换热器，实验关联式中经常使用流体的质量流速作为变量，因为质量流速是不随温度而变化的,用起来比较方便;此外，根据翅片管的排列情况，还要指明“迎风面上的质量流速”和“最窄流通截面上的质量流速”。
② 流体的物性。虽然绕流翅片管的流体绝大部分是气体，但因气体的种类、温度和压力的不同,其物理性质是不同的，因而也会影响对流换热的强度。
③ 翅片的几何特性。翅片有等截面翅片、变截面翅片、直翅片、环状翅片，还有很多特殊形状的翅片，如钉头（圆柱）翅片、H型翅片、开齿型翅片等。对每种不同形状的翅片，都需单独进行实验，得出适用的实验关联式。

对同一种形状的翅片管，影响管外换热的几何特性有：基管直径久，翅片高度厶或 h,翅片厚度［，翅片节距丫（或翅片间隙）。
对于翅片管束,还需要考虑翅片管的排列形式:顺排或叉排；以及排列的疏密程度:横向管间距勺，纵向管间距$2。
由于变量太多，给实验研究和数据整理带来很多困难，因此，和其他对流换热的实验研究一样，翅片管换热系数的实验数据也采用无因次数来整理，常用的无因次数有：努塞尔数Mz,雷诺数Re和普朗特数汗，此外，还引入了表示几何特性的无因次数。
翅片管管外换热系数的实验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关联式在形状上会有所不同，但对同一例题计算出来的结果应该是相近的。
在选择翅片管管外换热系数的实验关联式时,应着重考虑下列几个因素：

① 该关联式包含的变量要足够多,应包括翅片管束的大部分应用变量和几何条件。这说明，该关联式应该是从尽可能多的实验数据中关联出来的。如有的研究报告只针对某一特定尺寸的翅片管进行实验，这样的实验结果是不能推广应用的。
② 要关注研究者的实验研究系统是否合理，测试系统是否完善，对测试误差是否有合理的分析。如有的研究是在改装的现场烟道中进行的，这样得出的实验关联式往往是不可靠的。
③ 好的实验关联式应该被多数用户采用,而且尽量简单，计算容易，便于掌握。
由此可知，要开发出一个被广泛认同的翅片管换热的实验关联式是一个复杂的研究课题。到目前为止,往往是新型翅片管不断涌现，如第1- 2节所示，但是相应的实验关联式却很少,有时不得不借用相近的关联式进行设计。下面将重点介绍几个计算管外换热系数的关联式和计算流动阻力(压降)的关联式，并针对每个关联式给出相应的计算例题。

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