螺旋槽管强化换热熵产分析和热力性能评价研究.pdfVIP

r1一心T程热物理髻：会 传热传质学 学术会议论文 编号：063220 螺旋槽管强化换热熵产分析 和热力性能评价 余敏，马俊杰，郭莹，卢玫，李凌 上海理：j：大学，上海，200093 联系电话：021 E．mail：yuminm@citiz．net 摘要：根据热力学第二定律，对管内对流换热热力性能进行熵产分析，建立了基于流动与传热过程熵 增原理的管内对流换热熵产方程。导出恒热流和恒壁温两种常见工况下的无因次熵产数表达式。对两 种螺旋槽管和光管在不同雷诺数和不同进口温差条件下，进行了恒壁温工况的强化传热熵产分析和热 力性能评价，分析了传热和流动摩阻引起的熵产变化规律及两种不可逆损失在总熵产中的分配情况。 结果表明，．可通过对热力参数进行熵产分析来确定合理的流动工况、结构参数及强化换热形式，该方 法同样也适用于其它类型强化管的热力性能综合评价。 关键词：螺旋槽管，强化换热，热力性能，熵产分析 1．引言： 。 强化换热技术在工程上有广泛的应用。对于强化管，采取强化措施增强换热同时也 引起流阻及功耗的增加，从而可能导致强化换热综合效果的降低。因此，对强化管的换 热性能评价的研究是十分必要的。工程上普遍应用的是j—f因予法、Webb纵向比较法、 换热评价准则数㈣b)／(毛／毛0“3等，这些指标虽能直观地反映采用强化换热技术后性 能的改善程度，但仅从能量利用的数量角度，难以将传热和流动两方面有机结合起来， 未能很好解决能量有效利用的综合评价问题。随着强化换热与节能工作的深入，需应用 热力学第二定律，对强化管传热和流动过程进行热力性能分析，从能量质量、数量两方 面进行综合评价。 螺旋槽管因管壁具有螺旋型凹槽，近壁流体会产生附加的螺旋流动，提高近壁流体 和管壁间的相对速度，减薄边界层，提高传热膜系数，强化传热效果显著，又因加工方 便，在工程上应用较广泛。本文在此工程背景下，应用热力学第一、第二定律，建立了 基于流动与传热过程熵增原理的管内热力性能分析和评价准则，进行了螺旋槽管和光管 在相同条件下单位换热量的熵产分析及传热和摩阻引起的不可逆损失比较，综合评价了 两种螺旋槽管的强化换热能力和能量有效利用程度。 2．管槽熵产分析方程的建立 2．1模型和方程的建立 如图l所示，某…不可压缩流体以流量历流过 截面积为A，润湿周长为P的任意形状管道，壁面温 度为￡，(z)。取其中流道长度为dx的薄片为控制体， ffI热力学第一定律可知其熵产率为卜： 瞧矿溅一篇 (1) 图1管槽内流动换热过程 其巾，△T为壁面与流体州温差，辱[W／m2]为局部换热率。dl热力学第一定律知 铂=胁+c1／p，和玳入卜式有％=塞=筹+告c一安， c2， r日家自然科学基金资助项目，上海I订重点学科建设资助项目(能源岛) 1676 弓IASt=Nu／(RePr)，厂=万pD(一》Re_等， 有Sgen一叶…q2p。2D。夏+丽mf (3) 差传热引起的熵产，右边第：项是流动摩阻引起的熵产，站=爵+sj。用因子0盈： 表征传热熵产和流动熵产的相对姚口=万Sp=两2Tm瓦fc万pSt (4)， 卡是：％=(1+锣)爵‘ (5’ 如图2所示管段微元体，管内流动处于稳定充分发展状态，壁面热流为q，不计轴 向导热和散热的影响，在恒热流条件下，有如下方程： ． ——1：三兰=三：卜历勺景=4P 一量纛一篓蠢愁‰暑 其中To为管槽进口处温度。