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            發布時間:2023-10-12

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            冷卻器的傳熱速率和強度的計算

              冷卻器的強度和傳熱速率的計算

              1 用波紋管制造熱網冷卻器的依據

              1.1 流體在管子內外的流動狀態對兩側流體之間傳熱的影響

              1.1.1 流體在管子內的流動型態

              通常當流體在管內流動時可分為層流、湍流和過渡流三種流動狀態。每種流動狀態都會在靠近管壁處形成邊界層(邊界層又分為層流、湍流、過渡流三種流動狀態)。這是因為流體具有粘滯性、潤濕性的結果,即使是湍流邊界層,在靠近管壁面仍存在一極薄的滯流內層,此層內流體的流動仍為層流。

              1.1.2 流體在冷卻器管間的流動狀況

              通常采用的列管式冷卻器都帶有折流擋板,流體在管間流動時,流向和流速均不斷變化,因而在Re(雷諾準數)>100時即可能(推薦:太陽能)達到湍流,所以一般按湍流考慮。

              1.1.3 無相變的流體在管子內外的傳熱情況

              在管兩側緊貼壁面的滯流內層中,沿壁面的法線方向上沒有對流傳熱,該方向上熱量的傳遞僅為流體的熱傳導。由于流體的導熱系數較低,使滯流內層中的導熱熱阻就很大。假設管壁兩側的流體為湍流流動,在管壁兩側的湍流主體中,因流體質點劇烈混合并充滿旋渦,所以湍流主體中的溫度差(溫度梯度)極小,各處溫度基本相同。在湍流主體和滯流內層之間的緩沖層中,熱傳導和對流傳熱均起作用,在該層內溫度發生緩慢的變化。如圖1所示。若管壁兩側的流體為層流流動,則在層流主體中,沿壁面的法線方向上的熱量傳遞只是流體的熱傳導,詳情可參考滯流內層中的傳熱情況。從以上分析可知,對流傳熱的熱阻主要集中在滯流內層中,因此減薄滯流內層的厚度是強化對流傳熱的重要途徑。

              1.1.4 波紋管內外兩側流體(外側的流體有相變)之間的傳熱分析。

              在波紋管內側,當流體由縮徑處進入擴徑處時會發生邊界層分離現象,此時在擴徑處產生流體空白區,一部分流體會倒流回來填充空白區,這樣在擴徑腔內產生流向相反的兩種流體,即而形成旋渦,如圖2所示。由于旋渦的存在,加劇了流體質點之間的碰撞,極大地破壞了邊界層和滯流內層,使其厚度減薄,減少了滯流內層的熱阻,同時減輕了污垢在管內壁的沉積,這樣就大大地提高了內側的對流傳熱系數。

              在波紋管外側,由于波紋管冷卻器表面的凸起和凹陷改變了冷凝液膜的薄厚分布,如圖3所示。在擴徑處外部液膜厚度極薄,此處對流傳熱系數遠遠大于光滑管外部凝結時的對流傳熱系數,在縮徑處外部液膜厚度較厚,該處對流傳熱系數較光滑管外部凝結時的對流傳熱系數略小一些,不過總的平均對流傳熱系數比光滑管大得多。
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