水平微翅管

水平微翅管是目前普遍使用的強化管（換熱器）的一種，其在強化沸騰換熱和凝結換熱時具有明顯的優越性。因此，混合物在水平螺旋微翅片管中的流動沸騰換熱特性的研究具有重要的實用價值和理論價值。

基本介紹

• 中文名：水平微翅管
• 外文名：horizontal microfin tube
• 學科：熱力學
• 分類：翅管式換熱器
• 方式：水平管內強制對流沸騰
• 機理：二次流作用

強化傳熱機理

微翅管的一個重要的強化作用來自於二次流的存在，內螺紋引起了流體的旋轉，在管道中產生的二次流增加湍流強度，使流體徑向速度增加而邊界層變薄，從而達到增強換熱的效果。對於流動沸騰換熱，若微翅管的N相同，翅片高度越大，會使二次流越難沖刷到翅片間通道的底部，結果造成翅片間通道的底部產生的氣泡較難脫離管壁而導致熱阻增大，從而妨礙了換熱的強化；另外，微翅管增強換熱效果的一個重要原因是增大了換熱面積，對於翅高越高的管型，翅片效率越低、單位面積的換熱係數越低，而對於翅高適中、翅數稍大的管型，則既維持了翅片的高效率，又擴展了換熱表面。因而，綜合換熱性能較佳的是翅高適中、翅數稍大的管型。

性能影響因素

微翅管由於具有強化換熱效果好、壓力損失相對較低、綜合成本低等良好性能，在商業中套用較為廣泛。因而，為實現換熱器的設計最佳化，對特定幾何參數的單根微翅管的研究非常必要。

幾何參數

微翅管幾何參數對換熱性能的影響是多方面的，主要有翅高、翅數和螺旋角。另一方面，傳熱係數主要受核態沸騰和強制對流蒸發兩方面的影響。一般來講，翅數增加有利於氣泡的生長，使汽化核心增加，且對工質的擾動也增強了。故通常情況下，翅數越多，則換熱效果越好。而翅高和螺旋角則有個最佳值，通常翅高以不超過0.2mm,螺旋角在18°~25°強化換熱效果較好。

質量流量與熱通量

在強迫流動沸騰換熱過程中，對傳熱係數的貢獻主要取決於兩個方面，即核態沸騰的貢獻和強制對流蒸發的貢獻。因此，當某個參數發生變化時，也就意味著對傳熱係數有著貢獻的兩個方面的主次位置也將跟著發生變化，從而導致傳熱係數的變化趨勢發生改變，即核態沸騰和強制對流蒸發都在起作用。雖然隨著質量流量和熱通量的增加，工質與管壁之間的流動沸騰傳熱係數都是增加的，但各自起的作用是不同的。首先，對質量流量較小的工況，傳熱係數隨熱通量的增加而增加的速度最為明顯。這表明，在總體流速較低時，隨著熱通量增加，核化穴明顯增加，傳熱係數也增加，即核態沸騰起著主導作用。當流量增加時，儘管熱通量是增加的，但此時強制對流作用加強了，故傳熱係數隨熱通量的增加並不明顯。從另外一個角度看，在低熱通量下，質量流量的變化引起的傳熱係數差異很明顯，但到熱通量高時，隨著熱通量的增加，核態沸騰所起作用逐漸增強，強制對流蒸發所起作用相對減弱，故不同質量流量下的傳熱係數差別不大。

質量乾度

微翅管內的傳熱係數隨質量乾度的變化趨勢可以從較小熱通量和較大熱通量兩種情況來分析。通常，傳熱係數h隨工質質量乾度x的增加總體上是呈先增後降的趨勢。在乾度較低時，傳熱係數隨乾度的增加而降低。這是因為核態沸騰受到抑制，而此時強制對流換熱的貢獻雖逐漸加大，但仍處於初期發展階段的緣故。當傳熱係數下降到最小值後，隨著乾度的繼續增加，流動已逐漸轉入早期環狀流，流速越來越高，液膜減薄，液膜導熱熱阻也越來越小，傳熱係數隨之逐漸上升。這說明強制對流的貢獻越來越大。
此外，在不同的熱通量下，這種變化趨勢是不同的。當熱通量較大時，從核態沸騰主導區向對流蒸發主導區的轉換髮生得就較為遲些。而熱通量較小時，即使在較低乾度下，換熱就轉向對流蒸發的模式。這是因為在熱通量較小時，壁面過熱度很小，不易產生氣泡，使核態沸騰易於受到抑制。反之，熱通量較大時，壁面過熱度大，容易產生氣泡，即使在較大幹度下，核態沸騰也能得以維持。但隨著質量乾度的增加，熱通量對傳熱係數的影響越來越弱，不同熱通量下的傳熱係數的差異變小。這表明，隨著乾度增加，氣相占的份額越來越多，工質流速越來越大，強制對流逐漸占據主導地位，這使局部傳熱係數也跟著增加。綜上，傳熱係數隨工質質量乾度的增加總體上是呈先增後降的趨勢，且在較低乾度時有一個轉換區間。熱通量越大，轉換時的乾度越大一些。