三维翅片管外螺旋流动传热的强化机理及传热模型研究

研究传热流体在具有三维翅片结构的花瓣形翅片管外的螺旋流动传热，通过对流场的流态显示、速度场和温度场的测量，并结合所获得的传热与压降性能数据，分析传热强化机理、优化翅片和螺旋角参数；建立传热流体在花瓣形翅片管外螺旋流动传热的三维理论模型，提出求解模型的数值方法，探明场协同的机制。研究工作将有助于丰富和发展我国第三代传热技术及相关理论，并开发出具有自主知识产权的高效换热器，促进我国节能和环保工作的发展。

对于大型冷水机组的冷凝器一般采用管壳式换热器，制冷剂走管外，管内走冷却水。对于管外冷凝强化传热技术应用得比较普遍的是二维整体翅片管(低肋管)，肋的横截面形状为梯形和矩形。低肋管的传热强化的原因在于翅片增大了换热面积及在翅的侧面形成较薄的冷凝液膜。由于液体表面张力的作用，在翅的底部，两翅之间滞留了较厚的冷凝液，这将使有效换热面积减小。

为了使聚集在翅底的冷凝液尽快排除，很多研究者对翅间距、翅高、翅厚及等进行了优化研究队，针对不同的制冷剂得到了最佳尺寸。

除了对翅片参数进行优化外，还采取一些专门冷凝液排放技术来强化冷凝换热,如排液板技术、EHD排液技术及排液孔技术。2100433B

(1)改变冷凝表面的物理性质

通过加滴状冷凝促进剂，冷凝表面镀贵金属(金、银等)和涂高分子材料，冷凝液在表面张力的作用下使冷凝过程呈滴状冷凝，加大传热系数，从而强化传热。

(2)使用低翅片管(或螺纹管等)

使用低翅片管可达到增加传热面积和改变冷凝液分布的效果，从而强化冷凝传热。

上世纪60年代以来，强化传热技术得到了长足的发展。强化传热管的开发应用已日趋成熟，如适合在单相流工况应用的螺旋槽管、横纹管、缩放管等以及适合相变传热的各种翅片管、T形管、表面多孔管、纵槽管等，已有众多学者研究过多种强化传热的异形管。螺旋槽管是上世纪60年代中期发展起来的高效换热元件，它加工方便，能在功耗增加很小的情况下，显著地强化管内传热，尤以强化管内单相流体传热而著称。横纹管则是螺旋槽管的螺旋角增加到90。时的特殊情况。许多学者的研究表明，螺旋槽管的螺旋角接近90°时比螺旋角小的效果好，说明横纹管的强化传热效果优于螺旋槽管。缩放管是由依次交替的多节渐缩段与渐扩段构成，在单相流中，能增大管壁处流体的湍动，提高传热效果 。

与其它强化管相比，流阻较小，而且由于缩放管曲面的过渡比较平滑，不易产生结垢，因此适用于含有尘埃流体的强化传热。文中介绍对缩放管、螺旋槽管和横纹管等强化传热管进行工质为水一水蒸气的传热与流阻的对比实验研究。