顺排套片式换热器的热力性能试验

　　上海理工冬学学报顺排套片式换热器的热力性能试验欧阳新萍，刘妮上海理工大学动力工程学院，上海200093通常比叉排的流动阻乃史小因而对流动阻力有限制的场合可以考忽使用顺排形的换热器本文即介绍了对某种结构形式的顺排套片式换热器的热力性能的试验情况1莱些应用场合，套片式换热器排列成顺排是更合适的选择……n目前，国内些行业所采用的空冷器正朝着高效紧凑的方向发展。这些行业原来所采用的空冷器多为绕片式或双金属轧片式，现在正逐渐被更为高效紧凑的套片式穿片式所代替。套片式换热器的传热性能通常优于双金属乳片式和绕片式换热器，但套片式换热器的管外流体流动阻力也比双金属乳片式和绕片式换热器要大，在相同的风机驱动下，管外流体流量会减少平均换热温差也会减小，从而影响工艺参数及换热量。在些应用场合，可能会产生得不偿失的结果。

　　解决上述问的方法之是采用顺排结构的套片式换热器。目前，各种应用场合下的套片式换热器几乎都采用叉排结构方式。由于顺排结构的流动阻力般要低于叉排结构，而套片式的流动阻力又要高于乳片式或绕片式，因而采用顺排结构的套片式换热器与采用叉排结构的双金属轧片式和绕片式换热器相比，在管间距相同的前提下，管外流体流动阻力将会相差不多，甚至可能降低，从而不会影响到管收稿日期2004基金项目上海市重点学科建设资助项目能源岛关键技术及基地建设；上海市高等学校青年科学基金资助项目02GQ27.

　　海理大学学报外流体的流量和换热温差。尽管顺排套片式换热器降，但与阻力下降的幅度相比，传热性能的下降幅度较小。因为套片式的传热本身强于轧片或绕片，因而顺排套片式换热器的传热强度不大会弱于叉排的乳片管或绕片管，效果如何需要进行试验。目前对套片对顺排换热器的研宄鲜报道。从资，141给出的光管管束的管外对流换热和流动阻力的计算式来看，顺排的换热系数与叉排相比平均低5，流动阻力平均低50.可顺排与叉排相比，管外换热的下降比流动阻力的不降幅度小很多。前苏联的动力技术物理研宄所51对叉排和顺排的，翅片管束的换热和阻力性能进行了研究，结果明，顺排与叉排相比。阻力降低45右。换热性能降低20左右。

　　和乙，研究顺排和义排的套片竹竹换热性能，但所研究的顺排的套片管竹束的管子是扁平管。从扁平管的顺排和叉排相同管间距套片管管束的研究结果沿，顺排的阻力降低40左右，换热降低10左右。上述的研宄结果明，相同管间距下顺排管束的换热强度固然比叉排低，但管外流动阻力的降低幅度要大得客。尽管套片竹的特性与光管和翅片管不同，圆管与扁平管也不样，但从定性上来看，应该是致的。综上所述，顺排与叉排相比，换热强度低得不多，阻力却下降很多，因而在某些对阻力有限制的场合，顺排是值得考虑的种排列方式。本文对种顺排形式的套片式换热器进厅了试验。

　　1换热器的结构尺寸及试验方法为确记试验的片脱先选用些炼汕行业应用比较典型的叉排套片片型，1.在此基础上设计出种专门用于此次试验的顺排套片片型，从1和2可以看出，顺排片型的纵向管间趾1设计为42，与叉排片型相同，这样当两者官排数相同时。仝气流动方向的外形尺寸也相，这便于两者之间的空气流动阻力比较。顺排的横向管间此设卟为42与纵管间相同，这是照大多数顺排排列方式而确定的。排片型的横向外形尺寸为26，小千叉排1增的193，厂荇6个管孔，小于叉排的8个管孔，这是为了使实际产品中安排管子的排数和列数更加方便。试件的翅片片材料为碳钢。基管采用碳钢可以降低产品成本，增加对管内流体的承压能力。但对胀接工艺提出了纪高试验在吸风式风洞试验台上进行，4.

　　试验时，试件的管内通热水，管外空气横掠。空气进出试验段的温度1布置在试验段前后流通截面上的热电偶堆测量，空气的流量由毕托管测量。在试件前后的风道上装有测压点，测量两处的静压压差，即可得到空气流动阻力。试验过程中，保持水的流速和定性温度基本不变，即保持水侧的对流换热热阻基本不变，调整选定空气的流速，得到系列的试验工欧阳新萍，等顺排套片式换热器的热力性能试验外换热准则关系式，采用线性回们方法可得到管外流体流动阻力准则关系式。

　　2试验结果及讨论热准则关系式和管外流体流动阻力准则关系式。

　　管外换热准则关系式入其中普朗特数基管外径，本试件，=0.019，1入体的导热系数v体管前迎风面流速V流体的运动黏度阻力准则关系式iV管排数。本试件为4排其中Np流体的流动阻力P流体的密度为了了解顺排套片式换热器的热力性能，将它与叉排套片式换热器进行比较。以1为片型的叉排套片式换热器的管外换热准则关系式和阻力准则关系式为两者管外换热和阻力的比较5和6.

　　从中可以出两荇的换热和阻力阁线非常接近。在常规的雷诺数范1 00010000，两者的差别小于4.这说明3.由于两者的传热和阻力性能都相1羟陶差甚小，在有其他因素需考虑的时候，可以选择顺排方式。如本文的顺排排列方式2单位体积的管子数要多于叉排如果管内流体的通流量较大，就可以选择顺排方式。如果将顺排片型的横向管间距42嫩1拉大，使其等于叉排的横向管间距48即使得两者的单位体积的管子数相等，则这种片型的顺排试件的空气流动叭力将肯定低于叉排试件。这是由于横向管间距拉大后，管间通流截面积将增大20，亦即在空气迎面流速相同时，管间空气流速将降低20，按照通常的流速与流阻的关系，再考虑到扰动的减弱，拉大横向管间距后的顺排片型的空气流动阻力将比叉排片型低30 40.也就是说，在单位体积的管子数相同的前提1采用顺排方式与采用叉排方式相比，管外空气或气体的流动阻力有较大幅度的降低。这时传热系数也会降低，按照通常的流速与传热忭能的关系。再考虑到扰动的减弱，拉大横向管间距后的顺排片型的传热性能将比叉排片型的低1020.因此，在某些对管夕流体阻力降有严格限制而传热能力己较强的场合，采用顺排布置不失为种合适的选择。如前所述的套片式换热器取代乳片式换热器的场合，在些行业中，要求的管内热流体的出口温度很低，在441左右，空气的设计进口温度为37换热温差非常小。如果叉排套片取代叉排乳片使得管外空气流动阻力增大，则空气的流速流量势必降低，空气的进出口温升将会增大，由此将使得本来就很小片取代义排轧片就可以消除这种影响。至于传热忭能，由于套片式换热器的传热能力本来就高于乳片热构成太大的影响。

　　3结论3.选用合适的管间距的顺排套片式换热器的热力性能可以达到叉排套片式换热器的效果对于作为空冷器的套片式换热器而言，在管内流体流请较火的场合，或付产管外流体阻力降有严格限制而换热管的传热能力已较强的场合，在管间距相1的前提条件顺排形式的符柬1列方式是更合适的选择。

　　茹卡乌斯卡斯人人。换热器内的对流换热马文昌等译。北京科学出版社，1986.

　　美化识肘，人0.紧凑式热交换器厘。

　　宣益民等译。北京科学出版社，1997.