高温热管翅强化管内对流换热的实验的研究.pdfVIP

第九届全国热管会议 2004 年 3 月 论文编号：HP0448 高温热管翅强化管内对流换热的实验研究 1.2 2 2 赵蔚琳 庄骏 张红 1.济南大学材料科学与工程学院 济南济微路106号250022 Tel：0531-2765559 zhaowe@ 2. 南京工业大学机械与动力学院 南京市模范马路 30 号 210009 TelFax：025jun_zhuang@ 摘 要: 为研究高温热管翅作为翅片强化换热设备的性能,对带有热管翅片的单管进行实验研究, 给出实验的换热系数曲线及其准则关系式, 并与光管换热关联式进行比较, 结果表明用热 管翅做翅片强化管内换热效果明显, 其换热系数远远高于光管内换热的换热系数。 关键词：热管，高温热管翅, 对流换热，强化换热 1.引言 随着生产和科学发展的需要,强化传热技术已得到广泛的重视和发展，目前强化传热已 成为传热学研究中的一个极为重要的组成部分。强化传热最有效的方法之一是扩展表面， 即增加二次传热面～翅片。对于板式换热表面可以在板的二侧同时增加翅片，而对圆管（筒） 式传热表面一般只能在外表面增加翅片，内表面的强化则较为困难。将小热管作为翅片可 以穿透圆管（圆筒），达到二侧同时强化换热的目的[1]，这是强化传热的新课题。这种强化 与一般翅片的效果不一样。其原因是热管翅本身就是一个热管,具备了热管的许多特点，如 具有极高的导热能力，因此翅效率将很高；在强化管内换热时，热管的蒸发段相当于在热 流体内附加了一个热汇(吸热),冷凝段相当于在冷流体内附加了一个热源(放热)；利用热管 两侧长度和表面积的不等还可以调整内外二侧表面的温度以适应不同的需要。目前国内外 利用热管翅强化换热设备实验研究未见报导，文献[1-3]分别对热管翅的性能及应用进行了 研究，文献[4]从理论上对热管翅强化换热的能力进行了分析。为研究高温热管翅作为翅片 强化换热的应用效果,对带有热管翅的单管进行换热研究,了解高温热管翅强化换热的可行 性,为进一步开发高效传热传质设备奠定基础. 2.实验装置与测试系统 实验装置如图 1 所示, 实验是在风道内进行，风道直径为 100 ㎜，长度为 1800 ㎜，由 三段组成：入口段、实验段、排风段。各段长分别为 900 ㎜、300 ㎜、600 ㎜。实验采用电 加热—空气冷却系统，冷空气由小型鼓风机鼓入，入口段与鼓风机采用软连接, 风速的测 赵蔚琳 庄骏 张红：高温热管翅强化管内对流换热的实验研究 量采用热线风速仪，通过改变调节阀来控制风道内 空气的质量流量。实验段内有 2 排水平放置的高温 热管翅片, 每排上沿圆周均匀安置有 6 根热管翅， 结构如图 2 ，每根热管翅直径为 25 ㎜, 厚度为 2.5 ㎜，总长 60 ㎜, 蒸发段为 30 ㎜, 冷凝段为 30 ㎜， 管内工作介质为液态金属钠，热管翅片纵向间距为 80 ㎜。热管翅的蒸发段置于电炉内，冷凝段置于风 道内，在热管翅和管壁上分别焊有φ0.2mm 的镍铬 —镍硅热电偶，空气的进、出口温度、管内气体温 度的测量均采用铠装热电偶，各热电偶被连接到数 显记录仪上, 以记录各点温度参数。实验时首先给 电炉丝通入电流，电炉丝开始升温，并以辐射方式 对热管进行加热，当热管翅起动并稳态运行后，再 起动风机，使空气从风道入口段流向实验段,在实验 段与高温热管翅发生强制对流换热，调节风阀, 改 变流速, 观察管内各温度点的变化。改变加热功率, 重复实验,并测定在不同功率下,不同流速下的温度 值。 3. 实验数据处理与结果分析