基本介紹
- 中文名：低肋管
- 外文名：Low finned tubes
- 作用：強化傳熱
- 套用：管外凝結換熱
- 學科：熱力學
概念,帶多孔排液芯的低肋管管外凝結換熱,研究背景,理論模型探討,螺旋隔板低肋管機油冷卻器的傳熱特性研究,研究背景,實驗設計,結果分析,
概念
長期以來，人們總是把外肋管套用於管外為氣體介質的傳熱問題中。在這種場合，低肋管的強化傳熱作用太弱，需採用高肋管。這就使人們在研究外肋管的強化傳熱效能時，偏向於對高肋管的研究，而對低肋管的強化傳熱效能研究得很少。通過數值計算，分析了斷面幾何形狀、幾何尺寸及管內外換熱條件對低肋管強化傳熱效能的影響，旨在為低肋管的工程套用提供參考依據。
低肋管
帶多孔排液芯的低肋管管外凝結換熱
研究背景
在金屬管外設定整體肋片能夠顯著地強化管外凝結換熱。起初肋片只是用來擴展表面，其間距較大；在Gergorig等的研究之後才被用來提供毛細力，通過重力和毛細力減小液膜厚度來實現傳熱強化，這樣肋間距必須做得很小。但由於毛細力的作用，在管下部引起液泛，即肋間被凝結液充滿。在管底加排液芯就是為了排去肋間滯留的凝結液。1983年Honda等以R113和甲醇為工質在低肋管底部加掛多孔排液芯進行了實驗；1955年Honda又進行了以甲醇做工質 、 Niekel Cellmet # 5做排液芯的實驗研究與理論分析；1986年Yau等進行了用銅作為固體排液芯的實驗。這些研究都證明了拖帶排液芯能夠進一步強化低肋管的凝結，但對排液芯結構參數的影響還有待於進一步的研究。
理論模型探討
關於低肋管的凝結傳熱已有很多理論模型，問題是拖帶排液芯後如何確定液泛角。低肋管底部加多孔排液芯時，x=0處排液芯的毛細作用使液面凹進，此處液面曲率最大，凝結液沿網長流動時其液面曲率逐漸變小，至網下部某點變為0。定義液面曲率變為0的這一點為x=xl。液體在排液芯中的有效流動長度即為xl，可以推斷該點液面壓力與蒸汽壓力平衡。
坐標示意圖
用單層黃銅網作為多孔排液芯，以水為工質在小溫差下能將低肋管的凝結換熱係數提高30%，與光滑管相比提高125%；使用不鏽鋼片作為固體排液芯未得到強化效果。在實驗範圍內80目黃銅網為最佳選擇，其長度為20mm時換熱係數最大；複合網在溫差較大時效果顯著，能將低肋管換熱係數提高50%。
理論分析部分簡化了帶多孔排液芯的低肋管的液泛角的計算方法，計算了單層網和複合網最佳網長狀態下的凝結換熱係數，複合網中的流動阻力採用並聯模型。計算值與實驗結果在較小溫差時符合較好，在較大溫差時計算值約偏高10-15%。
螺旋隔板低肋管機油冷卻器的傳熱特性研究
研究背景
內燃機車和船舶上使用的大功率柴油機機油冷卻器，因空間位置的限制，要求其必須具有高效能以實現緊湊化。廣泛採用的機油冷卻器基本上是沿用光滑管作為傳熱管型，弓形隔板作為管間支撐物，冷卻水走管程，油走殼程的殼管式換熱器形式，這種形式的油冷卻器傳熱效能較低，亟待改進。
從傳熱的角度來看，水冷殼管式油冷卻器的傳熱阻力在管外殼程，其熱阻約占油冷卻器總熱阻的80%以上，提高管外殼程油的傳熱係數是提高油冷卻器傳熱效能的技術關鍵。華南理工大學教育部傳熱與節能開放研究實驗室與日本神威產業株式會社(專業油冷卻器製造廠家)簽訂技術合作協定，以開發高效能水冷殼管式油冷卻器，並在日本神威產業株式會社的千葉工場完成了螺旋隔板低肋管油冷卻器的傳熱性能測試。實驗結果表明，螺旋隔板低肋管油冷卻器具有較高的傳熱效能。
實驗設計
如《油冷卻器實驗系統示意圖》所示，機油在油箱中加熱，經油泵送入螺旋隔板油冷卻器殼程冷卻，再返回油箱構成循環。來自水箱的冷卻水經水泵送入油冷卻器的管程並與管外機油換熱後流回水箱。油和水的流量均由積算式流量測定，測量精度1%；油冷卻器的進出口油溫和水溫是通過溫度感測器由微機進行測量和顯示，測量精度0.1℃；通過壓力感測器由壓差計測定油冷卻器的殼程油側壓降。
油冷卻器實驗系統示意圖
結果分析
螺旋隔板低肋管油冷卻器具有較高傳熱效能的原因：一是在於低肋管能有效地擴展傳熱面積，其換熱面積是光滑管的2.6倍左右；二是螺旋隔板對比弓形隔板能更有效地促進油的對流傳熱。已有的研究結果表明，螺旋隔板對比弓形隔板的優點在於：①延長了殼程油流體的流道；②由於消除了油流體流向的突變，使局部阻力大大減少，故壓降低；③油流體完全連續的螺旋流動可減少殼程流體旁路流和泄漏流的影響，有效質量流速增加；④油流體的螺旋流動，可同時實現沿管軸和管周方向的沖刷，特別適合於粗糙擴展外翅片管型的傳熱。此外，螺旋隔板還可降低殼程流體對管束的振動並減少殼程污垢的影響。
螺旋隔板低肋管油冷卻器是一種具有高傳熱效能的換熱器，能使內燃機車和船舶上使用的大功率柴油機機油冷卻器實現高效能和緊湊化。
