換熱器的傳熱速率和強度的計算

　　換熱器的強度和傳熱速率的計算

　　1 用波紋管制造熱網換熱器的依據

　　1.1 流體在管子內外的流動狀態對兩側流體之間傳熱的影響

　　1.1.1 流體在管子內的流動型態

　　通常當流體在管內流動時可分為層流、湍流和過渡流三種流動狀態。每種流動狀態都會在靠近管壁處形成邊界層(邊界層又分為層流、湍流、過渡流三種流動狀態)。這是因為流體具有粘滯性、潤濕性的結果，即使是湍流邊界層，在靠近管壁面仍存在一極薄的滯流內層，此層內流體的流動仍為層流。

　　1.1.2 流體在換熱器管間的流動狀況

　　通常采用的列管式換熱器都帶有折流擋板，流體在管間流動時，流向和流速均不斷變化，因而在Re(雷諾準數)>100時即可能(推薦：太陽能)達到湍流，所以一般按湍流考慮。

　　1.1.3 無相變的流體在管子內外的傳熱情況

　　在管兩側緊貼壁面的滯流內層中，沿壁面的法線方向上沒有對流傳熱，該方向上熱量的傳遞僅為流體的熱傳導。由于流體的導熱系數較低，使滯流內層中的導熱熱阻就很大。假設管壁兩側的流體為湍流流動，在管壁兩側的湍流主體中，因流體質點劇烈混合并充滿旋渦，所以湍流主體中的溫度差(溫度梯度)極小，各處溫度基本相同。在湍流主體和滯流內層之間的緩沖層中，熱傳導和對流傳熱均起作用，在該層內溫度發生緩慢的變化。如圖1所示。若管壁兩側的流體為層流流動，則在層流主體中，沿壁面的法線方向上的熱量傳遞只是流體的熱傳導，詳情可參考滯流內層中的傳熱情況。從以上分析可知，對流傳熱的熱阻主要集中在滯流內層中，因此減薄滯流內層的厚度是強化對流傳熱的重要途徑。

　　1.1.4 波紋管內外兩側流體(外側的流體有相變)之間的傳熱分析。

　　在波紋管內側，當流體由縮徑處進入擴徑處時會發生邊界層分離現象，此時在擴徑處產生流體空白區，一部分流體會倒流回來填充空白區，這樣在擴徑腔內產生流向相反的兩種流體，即而形成旋渦，如圖2所示。由于旋渦的存在，加劇了流體質點之間的碰撞，極大地破壞了邊界層和滯流內層，使其厚度減薄，減少了滯流內層的熱阻，同時減輕了污垢在管內壁的沉積，這樣就大大地提高了內側的對流傳熱系數。

　　在波紋管外側，由于波紋管表面的凸起和凹陷改變了冷凝液膜的薄厚分布，如圖3所示。在擴徑處外部液膜厚度極薄，此處對流傳熱系數遠遠大于光滑管外部凝結時的對流傳熱系數，在縮徑處外部液膜厚度較厚，該處對流傳熱系數較光滑管外部凝結時的對流傳熱系數略小一些，不過總的平均對流傳熱系數比光滑管大得多。

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