螺旋升角对管内水的换热特性研讨.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：083439 螺旋升角对管内水的换热特性研究 余敏， 张辉， 郭莹， 杨茉，李凌 上海理工大学动力工程学院，上海，200093 Tel ：021 Email ：usstyuminm@ 摘要：本文以螺旋槽管为研究对象，进行了考虑螺旋升角的螺旋槽管内水的换热及阻力特性的试 验研究，根据试验数据拟和得到考虑螺旋升角的管内水的换热及阻力特性经验关联式，试验研究表明， 随螺旋升角越大，强化传热效果越好，但引起的流阻相比于升角小的螺旋管明显增大。为制冷循环装 置中新型管材的应用以及冷凝器设计的综合考虑提供了设计依据。 关键词：螺旋槽管，螺旋升角，管内换热，阻力特性 0 前言 螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和内凹的螺旋型槽的异型管，对管外蒸汽凝结与管 内冷却水换热均有强化作用。螺旋槽管作为内管的套管式换热器因其结构紧凑、加工方 法简单以及换热强度高越来越引起人们的关注，国内外学者对螺旋槽管内的单相流体的 传热及阻力特性进行了大量的研究。针对强化换热的同时流动阻力增加较大的问题,本文 对表面凸起较大、具有绕线形螺纹不同螺旋升角的双绕线型螺旋槽管及单螺旋槽管，作 为套管式换热器的内管，进行管内的流动换热及阻力的对比特性研究。本文选取工程中 最常用的冷却介质——水作为管内试验对象，具有实际工程意义。 1试验装置及方法 螺旋槽管布置紧凑，换热管壁形成向同一方向旋转的突起。这种突起能够使其产生 附加的旋转运动，从而减薄流体边界层的厚度；加强流体的扰动，同时，管内凸起使得 边界层分离，流体径向混合加强，提高了传热速率。图 1、2 所示为试验用螺旋槽管实 物示意图，表 1 为试验管结构参数。 图 1 试验管 1 （双绕线型螺旋槽管） 图2 试验管 2 （单螺旋槽管） 表1 试验管结构参数 外径 d 内d 槽 h 节距 p 轴向夹角 mm mm mm mm ° 试验管 1 21 19 3.3 4.7 20 试验管 2 21 19 3.2 4.8 70 光管 21 19 国家自然科学基金重点项目资助 将螺旋槽管套管式冷凝器加工成如图 3 所示的内管为螺旋槽管，外管为光管，内管 走水，套管夹层走制冷剂的套管式换热器。 试验系统包括 R22 制冷环路、冷却水环路和相关测试装置及数据采集系统等组成。 R22 制冷环路循环过程：R22 在电量热器内吸热蒸发，经压缩机流入作冷凝器用的待测 试件中，在螺旋槽管外表面凝结成液体后，经节流阀又回到电量热器；冷却水环路循环 过程：冷却水在水泵作用下，经待测试件吸收 R22 放出的热量，通过水泵及电磁流量计 回到恒温水箱。 针对空调实际运行工况，设定不同冷凝温度的 14 组试验。管壁温度范围在 15℃～ 40 ℃之间。 试验循环系统和相应的参数测点布置如图 4 所示。 图 3 测试试件结构图 图4 试验装置（试件作冷凝器）示意图 2试验数据处理方法 制冷剂在套管式换热器内充分凝结换热，此时内管壁温度可近似视为恒定。流经的 冷却水可视为恒壁温加热。由冷却水流量及进出口温差求得换热量；套管夹层内制冷剂 的放热量可以利用试件进出口处所测得的压力P 和温度 T，通过查图表利用焓差计算得 到