单片矩形翅片表面的换热系数分布.PDFVIP

第2o卷 第5期 重 庆建筑大学 学报 Ⅷ ．加 No．5 1998年 10月 Jom~d ofa姗唱 旺E商 U 耐母 o吐．199B 单片矩形翅片表面的换热系数分布 王厚华 杨延萍 江 村 TH』7 2_ 皖 柏O045l 可kl 摘 要 矩形翅片广泛应用于各类换热器，翅片表面的换熬系数分布王强化侍熬研究中的问 题之一 采用单片矩形翅片营诈为模型，用有限盖分法在翅片表面划分节点，通过实鞋潮量获得 气流连度“=4．5m／自时各节点处离散的表面温度分布置气流沮度分布，t后利用导熬反问题方 法术得各节点境熬系数。经熬平衡法验证，所获得的解童邑正确反映妾际换热情巩。 关键词 ．竺垫璺墼 里些生些 中田法分类号 TUB31．6 换热器中广泛地使用翅片作为扩展表面来强化传热，翅片表面结构对气流流动与换热 有显著的影响，近些年来，国内外已研究出不少换热性能优于平翅片的专利翅片，如波纹形 翅片、轮辐形翅片等，这些高效换热翅片代替平翅片后，在换热器制造中已取得了明显的经 济效益。但目前翅片表面强化传热研究的重点主要集中在表面结构处理后的换热实验研究 方面，有关翅片表面换热系数分布，翅片几何形状对换热的影响等理论问题的研究成果不 多，客观上防碍了翅片管式换热器强化传热的深人研究。翅片表面的换热系数分布规律是 强化传热研究中研制新型高效翅片的理论依据之一，其重要意义在于：使研究者明确了解翅 片表面上换热较差的薄弱环节，l 便采取针对性的强化传热措施，改变翅片的几何形状及表 面结构，提高翅片效率，从而避免新型试件设计研究的盲目性。 目前，确定翅片表面换热系数分布较多采用的方法是萘升华实验，该方法需经传热与传 质类比理论的分析，才能获得换热系数。由于受实验精度，比如局部升华质量测定等方面的 限制，很难保证实验结果在定量上的准确性。笔者直接从温度场的测定着手，设计既不干扰 气流流动，又不妨碍准确测定温度场的试件模型，利用导热反问题方法求解导热正问题的差 分方程组，最后获得各节点上离散的换热系数分布。 1 实验模型的数学描述及 差分方程式 实验模型如图1所示，基管是直 径d=60~am的圆铝管，外套边长 圉l 妾验模型 195m1 x 195m 、厚 =0．5m1的 收稿日期：1998—04—06 王犀单．男．1952年生．捌教授 重庆建筑大学学报 第2o卷 两块钢翅片，钢翅片夹层内布置测温热电偶，测量翅片表面温 度，测点均在节点上(图2交叉点所示)。热电偶引出线由夹层 下端穿出，夹层四周及平行于气流的夹层中心用保温材料封 闭，以免气流进人夹层并减弱夹层中空气的自然流动。采用油 压机胀管使基管与翅片紧密连接，可不考虑接触热阻。 文献【1】已证明，横掠翅片管的空气流将在翅片管周围对 称地流动，故在模型分析时，仅需考虑翅片对称的一半就行，对 ：：：l l 称面可以认为是绝热面。取图2所示的坐标系，稳态时，翅片表 ++十十 l—_I一 +++ 十十 面的数学描述如下： + +4-+ 十十+ r十 乎f( ， ) +乎f( ， )／a 一口( ，Y)×