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1、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
2、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 effi
3、ciency, energy saving and material saving compact type of heat exchanger is development, as one kind ofcompactheat exchanger, fin-and-tubeheatexchangerhasa wide application in future. It is necessary to develop compact heat exchanger which is more energy saving and material saving to improve the hea
4、t 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 compar
5、ed, 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 cor
6、relations; Comparison 目录1 绪论21.1课题背景及研究意义11.2管翅式换热器简介11.3管翅式换热器的特点21.4 管翅式换热器的换热过程21.5研究现状31.5.1国外实验及模拟研究进展31.5.2国内研究现状和数值模拟41.5.3管翅式换热器及发展趋势61.6 管翅式换热器的不同形式的翅片研究现状72影响翅片换热和压降性能的主要结构因素92.1翅片间距对换热特性和压降特性的影响102.2管排数对换热特性和压降特性的影响102.3管径对换热特性和压降特性的影响112.4管间距对换热特性和压降特性的影响113不同翅片经验关系式总结及比较123.1 平直翅片经验关系式的
7、总结123.2 波纹翅片经验关系式的总结163.3 百叶窗翅片经验关系式的总结213.4 开缝翅片经验关系式的总结244四种翅片经验关系式比较29结论36参考文献38致谢42氨氧化催化剂往往亦可用作醛类氧化催化剂,其原因是由于这两类反应通过类似的历程,形成相同的氧化中间物之故。上列反应中以丙烯氨氧化合成丙烯腈最为重要,下面即以此反应为例进行讨论。 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
8、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
9、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。1.2管翅式换热器简介换热器是热力系统的关键设备，管翅式换热器是比较常用的换热器结构形式。翅片分为单、双或多排结构。这种形式的换热
10、器具有结构简单，便于加工、装配的特点，广泛的应用于石油化工、航空、车辆、动力机械、空分、深低温领域、原子能和宇宙航天等工业部门。管翅式换热器的基本结构是由翅片、隔板、封条和导流片组成的通道。它是在金属平板上放一翅片，然后再在其上放一金属平板，两边以封条密封而组成一个个基本单元。管翅式换热器的芯体则是由多个这样的单位组成。如果对各个通道进行不同的叠置和排列并钎焊成整体，即可得到最常用的错流、逆流、错逆流管翅式换热器芯体、管翅式换热器内 可组成各种形式的流道，为使流体分布更加均匀，在流道的两段部均设置导流片，在导流片上开设许多小孔，使流体能够相互穿通。一般情况下，从强度、热绝缘和制造工艺等要求出发
11、，芯体顶部和底部还各留着若干曾假翅片层。在芯体的两段配置适当的流体出入口封头，即可组装成完整的管翅式换热器。翅片是管翅式换热器的最基本的原件，传热过程主要是依靠翅片来完成的，一部分直接由板来完成。翅片与隔板的连接均为焊钳，因此大部分热量经翅片，通过隔板传到了冷流体。由于翅片传热不隔板是直接传热，故翅片又有“二次表面”之称。二次传热表面一般比一次传热表面的传热效率低。翅片除承担主要的传热任务外，还起着两隔板之间的加强作用，所以尽管翅片和隔板材料都很薄，但其强度很高，故能承受较高的压力。1.3管翅式换热器的特点1、高效节能：其换热系数在30004500kcal/m2Ch，比管壳式换热器的热效率高3
12、5倍。2、结构紧凑：板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。3、容易清洗拆装方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。4、使用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。5、适应性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求。6、不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。1.4
13、管翅式换热器的换热过程在空调中，换热器的结构采用铜管套翅片而组成传热管束，即锡翅片穿在直径较小的紫铜管上。管翅式换热器换热过程：制冷剂(高温)通过铜管将热量以热传导的方式传递给管外的翅片，翅片将热量以对流的方式传递给其表面的的冷空气(常温)，通过不停吹入新的冷空气达到增强冷却的目的。管翅式换热器的翅片结构形式对其传热性能和阻力性能有很大的影响。管翅式换热器的翅片型式很多，从最初的平直翅片到波纹翅片、银齿形翅片、百叶窗式翅片及打孔式翅片等。平直翅片加工制造方便、不易发生变形及装配简单。波纹翅片可使介质的流向不断改变以促进瑞流，提高传热效率，强化换热，可用于压力较高的气体场合本文研究了倾角均匀的波
14、纹翅片及新型的倾角渐增的波纹翅片和前平直后倾角均勾的波纹翅片的圆管换热器的翅片结构对流体流动和换热过程的影响。1.5研究现状1.5.1国外实验及模拟研究进展1973年，Rich28实验研究14种不同结构平翅片，结果表明，在其研究范文内，翅片间距不影响传热效率，单根管子的压降和管排数无关。1974年，Saboya等29首次在复杂的单排平翅片管换热器的翅片侧利用实验定量计算局部传热系数，总结出翅片表面局部Sh数的分布;得出翅片管上游的局部换热系数较高，下游的局部换热系数较低。1978年，McQuiston6得出特定结构参数下的翅片换热及压降关联式。而后Xu31模拟研究空调单元中蒸发器的湍流流动。利
15、用热线风速仪技术得到平均速度值和流动的湍流参数，由于凝结物的影响，实验结果会有流动干扰;运用U-e瑞流模型榄拟空调单元空气流动，得到的结架十分准确，再加上QUICK方法得到的平均速度提供了更加准确的结果。另外，混合网格能快速达到收敛，并很好与实验结架达到一致。1996年，Rammohan Rao47等实验研究水平翅片自然对流和辐射换热的关系。借助干涉仪和数侦微分方获得对流换热量和福射换热量，并得到Nu和Re的关联式。1998年，Abumadi48等人提出前人得到的换热及压降关联式对结构参数耍求过十局限，对28种不同结构参数的翅片管换热器进行实验，风速范围内为l-20m/s，分析管排数、翅片的厚度、翅片间距以及管排间距等参数对换热因子与摩擦因子的影响。实验表明：翅片类型影响换热因子和摩擦因子，管排数对阻力系数几乎无影响;翅片厚度越小，传热性能越好。同年，Meyer42采用实验研究了空气的入口尺寸和出口速度分布都影响换热器的空气流动特性。Atkinson等49对百叶窗形式的翅片管换热器用Star-CD进行了二维与二维数值模拟。1999年，Wang15等提出，通过增加翅片密度并促进流体瑞流，可以增加紧凑型气-气换热器空气侧流体的换热面积。增加翅片密度形式多样，例如
