螺旋内肋管内流阻与换热特性的实验研讨.pdfVIP

中国工程热物理学会 学科类别：传热传质学 学术会议论文 编号：093001 螺旋内肋管内流阻与换热特性 的实验研究∗ 1 1 2 2 刘湘云 史保新 李克天 刘吉安 1. 广东工业大学材料与能源学院 广州 510006 2. 广东工业大学机电工程学院 广州 510006 Email：forlxy@163.com 摘 要:本文用实验方法研究了定常状态下，不同的肋高度和不同肋条数对螺旋内肋铜管内的流阻和换 热特性的影响。螺旋内肋铜管直径为7mm，内肋高为0和0.22mm，0.24mm和0.25mm，肋条数为44和60， 雷诺数在900到6500范围之内。以无螺旋肋的光滑铜管作为基准，研究了螺旋内肋高和螺旋条数对换热 效果及阻力的影响，得到了包括几何参数在内的经验关联式。结果表明，有螺旋肋的管内换热都得到 了增强；螺旋肋高度为0.25mm的铜管的换热效果明显大于其它两种肋高管的换热效果，肋高为0.22mm 和0.24mm的内肋铜管的换热效果相当；肋的高度对阻力系数的影响却是随着肋高的增大而增大。螺旋 肋的条数越大，阻力越大，换热效果也越好。 关键词：螺旋肋管，肋高，流阻，换热 0 前言 管内强化传热技术已成为传热学的一个比较重要的专门领域而得到蓬勃发展，研究 者对于许多工程用的两相流体换热器和单相流体换热器的强化传热，进行了许多研究工 作。对于粗糙表面法，插入旋转元件法，加入扰动流体法，采用换热面表面振动法，流 体振动法和气膜出流[1]都进行了研究。螺旋内肋管产生于20世纪70年代，是制造空调器 中蒸发器和冷凝器的关键传热材料，目的在于提高铜管的传热效率，进而提高空调器的 能效比，满足空调器高效节能的要求。随着世界能源危机的加深以及保护大气臭氧层的 呼声日益高涨促使空调器向小型、高效节能、环保方向发展。为此空调用螺旋内肋铜管 的研究也不断深入，20世纪70年代世界各国的科技人员开始了螺旋内肋铜管的研究，力 求通过不断改变螺旋内肋铜管的肋形结构,达到不断提高螺旋内肋铜管传热效率的目 的。随着螺旋内肋铜管的不断发展其传热效率逐步提高但同时铜管制造工厂也面临诸多 困难,诸如模具难度加大、加工工艺更复杂成品率降低等。经过多年的探索研究，国内 外的螺旋内肋铜管加工技术取得了很大的发展[2]。随着空调的技术革新，近年来国内的 铜管生产厂家已经能够生产出不同肋高系列的螺旋内肋铜管和不同条数的螺旋内肋铜 管。但目前还没有人对不同的螺旋内肋铜管肋高和肋条数对换热和流阻的影响做过系统 的研究。国内学者的研究方向主要集中在单头螺旋型表面强化管上[3，5] 。针对这种情况， 本文对目前铜管厂家生产的空调用不同肋高和肋条数的螺旋内肋铜管进行了换热和流 阻实验，得到了有效的实验结果，可以为空调用高效换热铜管的加工和选型提供依据。 1 实验装置以及实验方法 由于铜管的导热系数很大，在进行该项实验时，不能采用常规的测试技术，同时 必须考虑热损失的精确控制。 实验方案： ∗广东省粤港招投标项目（TC07BF09-3 ）资助 本实验设计了双层蒸汽套筒结构, 锅炉水蒸气压力保持在1101×105 Pa 下, 水蒸 气温度控制在100℃, 实验铜管放置在内套筒, 铜管内部通水, 内腔蒸汽对实验件外壁 进行加热, 外腔蒸汽起到对内腔绝热的作用。外套通是个简单循环，蒸汽进入后流回蒸 汽发生器，内套筒蒸汽是单向不循环。蒸汽发生器的蒸汽分别进外层筒和内套筒，内外 套筒是隔离的，内层筒后凝结成水被收集。 本实验采用整体收集冷凝水的方法。整体收集冷凝水用以计算整体铜管的换热系 数。实验台（见下图1）。在铜管的进、出口处分别布置了热电偶进行进出口温度测试， 温度采集由angilent34970A 执行, 测量精度为0.1 ℃.，采用全压计对进、出口分别进 行了全压的测试，测量精度为0.1Pa，收集的冷凝水通过精密电子天平进行测量，测量 精度为0.01g。