两种针形管单排管_单管传热及阻力性能试验研究

第 12卷( 2)　　　　　　　热　能　动　力　工　程 1997年 3月 两种针形管单排管/单管传热及 阻力性能试验研究 姚寿广　朱德书　陈育平 (华东船舶工业学院) 　　〔摘要〕在一低速风洞中,针对两种不同形状的高肋针形管进行了单排管/单管传热及阻力 性能的试验研究, 获得了相应的阻力及传热准则关系, 并将其与光管及低肋针形管进行了性能 比较, 为工业设计应用提供了有价值的数据。 　　关键词　针形管　热管　传热　阻力 　　分类号　TK 124　172. 4 0　前言 　　文献[ 1]中作者曾就两种针形管顺排排列方式横 向冲刷管束的阻力及传热性能进行了试验,得到相应 的实验准则关联式。本文进一步对两种针形管进行了 单排管/单管的传热和阻力性能试验, 得到了相应的 实验关联式, 并与光管及其它几何尺寸的针形管进行 了性能对比分析, 为工业设计应用提供了依据。 1　试验装置及测量 　　试验的针形管安装在一台吸风式低速风洞中, 其 工作系统由带整流隔栅的双扭线入口段、整流丝网、 平稳段、前测量段、工作段、后测量段、收缩段、测速段 和扩压段等组成。工作段的管件及固定管板可自由更 换, 有关试验装置系统图请参阅文献〔1〕。 　　试验用两种高肋针形管的几何尺寸及结构见图 1、图 2 及表 1。 图 2　№2针形管 表 1　试验管件结构参数 参　数 规　格 材质 光　　管 内径 mm 外 径 mm 针肋参数 直 径 mm　 高度 mm 周　向 针肋数 轴向针 肋间距 肋化系 数 � №1针形管 碳钢 30 38 5. 5 26 12 13 4. 39 №2针形管 碳钢 30 38 5. 5 12 13 6. 28 收稿日期　1995-08-01　改稿　1995-10-16　三定稿　1997-01-25 ·100·　　　　　　　　　　　热　能　动　力　工　程 1997年 　　试验元件的加热采用将针形管做成热管式针形 管, 其凝结段是针形管,置于风洞工作段中作为试验 元件, 而蒸发段通过缠绕电阻丝制成电加热器,其结 构请参阅文献〔1〕。 　　试验中气侧测量的参数有室温、进出口风温、空 气流速及压降。其中进、出口风温分别采用四根分度 值为 0. 1℃的水银温度计进行测量, 然后得出进、出 口风温的平均值, 空气流速采用安装在测速段截面 中心点的皮托管,配倾斜式微压计测定, 压降则通过 工作段前后四周各 12个静压测孔及压差计测量。热 管针形管的加热段由电加热器进行加热,其加热电 功率由电流、电压表测定,而热管内冷凝段的蒸汽温 度则由插入针形管冷凝段热电偶井内的铠装热电偶 测定。 　　上述各项测量均在工况稳定后, 每五分钟记读 数一次, 并取三次求其平均值,热平衡误差最大不超 过 6%。 2　试验数据整理 　　气体横掠单管时的对流换热系数可根据试验数 据关联成下式: N u = f (R e, Pr ) ( 1) 　　对于空气, Pr 数可看作常数 , 故 N u = f (Re) ( 2) 　　通常将式( 2)表示成下列指数方程的形式: N u = CRem ( 3) 　　式中 R e、Nu 中的特性尺寸采用光管外直径, 定 性温度取空气平均温度。Re 中的速度取管排最窄截 面处的流速。 　　为求得针形管外放热系数,本试验采用工程上 通用的热阻法( W ilson 法) ,从传热系数 K 的测定值 中将管外放热系数分离出来, 即 1/ �= 1/K - ( 1/�i ) � (D 0 - Di ) - R W ( 4) 式中: D 0、D i为光管外直径及内直径;�、�i为管外放 热系数及管内放热系数。其中加热元件热管内冷凝 段的管内放热系数 �i可用 Nusselt层流膜层凝结公 式计算〔2〕: �i = 1. 88( 4� /�) - 濎� (�3�2g /�2) 濎� ( 5) 其中 � = Q/ rn�Di为冷凝宽度上凝液量( kg/ s�m ) ; r 为汽化潜热( J/ kg ) ; n 为放热管子的根数; Q 为总放 热量( W ) , 由空气流的吸热量测定。 　　RW为管壁的导热热阻: RW = (D 0/ 2�W) ln(D 0/ D i)　( m2 �℃/ W) ( 6) K 为针形管的传热系数,由试验测定: K = Q/ [ n ��D 0l � ( T v - T a) ] ( 7) 其中 �D 0l为一支光管换热面积( m2) ; T v 为管内流体 的平均温度; T a 为空气平均温度。 　　式( 4) 中的各项热阻都是以光管外表面积为基 准的。另外,由于[ ( 1/�i) �(D 0/ Di + R w ] 之值远小于 1/ �,这就保证了由公式( 4) 确定 �的精确性。 　　空气横掠管束的阻力降采用下式表示: �P = f � (G2m / 2g�) ( 8) 式中 f 为流动阻力系数 ; Gm 为管排中最窄流通截面 处的质量流速( kg / m2 �s) ; �为空气密度( kg / m3)。 3　换热及阻力性能试验结果 　　在工业应用常见的雷诺数范围内取 12 个工况 点进行了单排管 / 单管的换热性能试验。通过 72 组 试验数据的回归分析得到了№1 和 №2两种针形管 稳定换热时的试验准则关联式, 同时在冷态下进行了 阻力性能的试验, 经过 12个工况点的测量数据整理回 图 4　№2 针形管束 N u ～ Re 关系曲线 第 2期( 68)　　　　两种针形管单排管 / 单管传热及阻力性能试验研究 �101 � 归得到两种针形管的阻力性能试验关联式,其中№1 针形管的单排管及单管 Nu 与 Re 关系曲线见图 3, №2 针形管单排管及单管的 N u 和 Re 的关系曲线见 图 4; 相应的№1针形管的 f 和Re的关系曲线见图5, №2 针形管的 f 和R e的关系曲线见图 6。从试验中看 出, 对这两种几何尺寸的针形管,当管排横向间距 S 与管直径之比 S/ D = 2. 63 时,单排管的平均换热系 数较单管平均换热系数约大 4% ～ 6% ,而阻力系数 则无明显差异。为比较两种针形管阻力性能的好坏, 表 2 给出了两种针形管在不同雷诺数下阻力系数值 的比较, 而两种针形管传热及阻力性能的试验回归 准则关联式见表 3。 图 5　№1 针形管的 f ～ Re 关系曲线　　　　　图 6　№2 针形管的 f ～ Re 关系曲线 表 2　两种针形管在不同雷诺数下阻力系数值的比较 R e 类型 11 355 16 132 22 923 28 127 34 497 39 984 42 162 №1 0. 308 0. 249 0. 154 0. 148 0. 146 0. 145 / №2 / 2. 036 1. 361 1. 280 1. 164 1. 086 1. 018 表 3　两种针形管的传热及阻力试验回归准则关联式 类型 单排管传热性能关联式 最大 偏差 单管传热 性能关联式 最大 偏差 阻力性能 关联式 最大 偏差 №1 Nu = 0. 166R e0. 864 5. 6% N u = 0. 26Re0. 814 5. 5% f = 223R e- 0. 716 6. 8% №2 N u = 3. 93Re0. 52 4. 4% N u = 7. 14Re0. 457 5. 5% f = 420R e- 0. 564 7. 3% 雷诺数 范　围 Re = 1. 1× 10 4 ～ 4. 0× 104 4　针形管性能的比较分析 　　首先将两种针形管的传热性能关联曲线与文献 〔2、3、4〕给出的光滑圆管及其它低肋针形管的传热 性能关联式进行对比, 由图 7 看出: 由于本试验采用 的针形管针肋较长, 肋化系数高, 所以具有较好的换 热性能,这一点与文献〔3〕对短针肋的针形管进行试 验后提出的加长针肋高度以提高换热性能的建议是 一致的,从试验结果看№1 针形管的性能较№2针形 �102 �　　　　　　　　　　　热　能　动 　力　工　程 1997年 图 7　不同针形管与光管换热性能的比较 管更好,这一点与作者在文献〔1〕中得出的结论是一 致的。 　　进一步比较由文献〔5〕给出的№1 针形管的纵向 冲刷试验关联曲线与本文相应针形管的横向冲刷结 果, 由此看出对针形管纵向冲刷,由于所有针肋扩展 表面都受到流体的横向冲刷, 所以换热强度较高,其 换热性能与横向冲刷换热性能相比低雷诺数下两者 相差不大,而在高雷诺数下纵掠针管换热性能已超 过了横掠针管, 这一点与其它连续型纵向翅片管相 比较, 显示了针形管作为纵向冲刷的换热元件具有 独特的优点。 参 考 文 献 1　朱德书,姚寿广.横掠针形管管簇传热及阻力性能试验 研究.中国工程热物理学会传热传质学学术会议文集, 大连: 1994. 5 2　周强泰,黄素逸.锅炉与热交换器传热与强化.水电出版 社, 1991. 5 3　陈昕宽,田永生。对流受热面强化传热的研究与应用.能 源季刊, 1990, ( 2) 4　A A 茹卡乌斯卡斯著,马昌文等译.换热器内对流传热. 科学出版社, 1986 5　姚寿广,朱德书等.纵掠针形管传热及阻力特性试验研 究。华东船院学报, 1993, ( 4) 作者简介　姚寿广, 男, 1962年 10 月出生,副教授, 现在华东船舶工业学院动力与机械工程系任教。科研上主 要从事动力机械与设备的性能优化、模拟仿真以及节能工作。近年来已发表学术 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 50 余篇, 出版专著一本。 1996 年在江苏省“青蓝工程”跨世纪人才深造中被入选为江苏省跨世纪学术带头人培养人员。 镇海、温州正在建联合循环电站 　　据“Gas T urbine W or ld”1996年 9- 10月号报道,浙江省的镇海和温州都在建设联合循环 电站。 　　镇海 350MW 联合循环电站将安装 2 台 GE 公司提供的 MS 9001E 型燃气轮机和 3 台 9H 2型发电机。该电站 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 于 1997年第二季度商业营运,最初是以简单循环方式运行。渣油 是基本燃料, 馏出油作为备用燃料。 　　温州 330MW 联合循环电站将安装 2台 GE 公司提供的单机功率为 123MW 的 MS 9001E 型燃气轮机发电机和 1台 100MW 的汽轮机。该电站计划于 1997年第三季度开始商业营运。 渣油是基本燃料, 馏出油是备用燃料。 (学牛　供稿)　　 第 2期( 68)　　　　　　　　　　　　英　文　摘　要 ·157· This paper describes and compares the lubr ication perfo rmance test results of circular and secto r t ilting pad thrust bearing s. The said results also undergo an analysis by comparing w ith those obtained by a thermoelast ic f low procedure, thus providing a basis fo r the design of circular t ilt ing pads. Key w ords: tilt ing pad, thrust bearing, exper imental study 矩形钢翅片椭圆管簇的试验研究= Experimental Study of Rectangular Steel Finned Ellipt ical Tube Bundles 〔刊, 中〕/ Gao Yanfu, Zhang Qinyun∥Jour nal o f Eng ineering fo r T hermal En- er gy & Power. -1997, 12( 2) . - 96～98 Given in this paper are the experimental test results of the samples o f rectangular steel f inned ellipt ical tube bundles emplo yed for the air -cooled heat ex changer of a power stat ion con- denser air-cooled system . Through these heat liber ation and resistance tests obtained are the relationship of heat l iberation per formance under various f rontal air speeds and the air-side resistance perfo rmance. key wo rds: finned tube bundle 两种针形管单排管/单管传热及阻力性能试验研究= An Experimental Study and Analysis o f the Characterist ics of Heat Tr ansfer and Pr essure Drop for Tw o Kinds of One row / One Pin Fin T ube 〔刊,中〕/ Yao Shouguang, Zhu Deshu, Chen Yupin ( East China Shipbuilding Insti- tute)∥Journal of Engineering for Thermal Energ y & Pow er. -1997, 12( 2) . -99～102 With respect to tw o dif ferent configuarat ions of high fin pin tube an experimental study w as conducted in a low-speed w ind tunnel of the character ist ics o f heat t ransfer and pressure drop of one row / one pin f in tubes. The exper imental correlat ion of Nusselt number Nu and pres- sure drop facto r of the two kinds of pin fin tubes w as obtained. On this basis the characteris- tics of these tw o kinds of pin fin tubes ar e compared w ith other types of heat ex change tubes, thereby pr oviding valuable data for relevant indust rial design and appl ications. key w ords: pin f in tube, heat pipe, heat tr ansfer, pressure dr op 电厂热力系统矩阵分析法的改进= An Impr ovement on the M ethod of M atrix Analysis of a Power Plant T hermal Sy stem 〔刊, 中〕/ Guo Minchen, Wang Qing zhao , Wei Nan, Wang Ji- axun ( No rth China U niversity of Elect ric Pow er Eng ineering )∥Journal of Engineering for Thermal Energ y & Pow er. -1997, 12( 2) . -103～106 On the basis of analysing the features of pow er plant thermal system heat balance series solu- tion the autho rs have come up w ith a heat balance equat ion expr essed in terms of a complete matrix , indicat ing the corr esponding relat ionship betw een the various items and system structure. T he power plant thermal system may be treated as a summat ion of a r eg enerative cycle w ith auxiliary steam/ w ater sy stems and the summation is expressed mathemat ically as the sum o f all matr ix terms in the heat balance matrix equat ion . Also given in this paper is a detailed interpretat ion of the physical meaning of each term in the st ructural matrices o f vari- ous sy stems. key w o rds: power plant thermal system, heat balance calculat ion, structural matrix