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基本信息

作品名称:
研究不同入口配置的微翅片管的热传和摩擦因子的特征
大类:
自然科学类学术论文
小类:
数理
简介:

微翅片管内的单相液体流在商业的HVAC应用中变得愈加重要,加强管束用于浸没式蒸发器和壳侧冷凝器,能提高热传,使冷水机组达到高效率,减缓全球气候因HVAC系统而变暖的问题。然而,人们普遍了解到微翅片在增强热传的同时,亦会增加压降。以往的研究大都集中在湍流区发展关连式。目前只有少数作品,从基础研究热传和压降从层流到过渡流,最终到湍流的连续变化的特征。因此,更深入的实验研究是必要的。

详细介绍:

在内部增强管道的单相液体流在商业的HVAC应用中变得越来越重要,加强管束用于浸没式蒸发器和壳侧冷凝器,能提高热传递。这使冷水机组达到高效率,有利于减缓全球气候因为HVAC系统而变暖的问题。而微翅片管就是其中一类的内部增强管道。然而,人们普遍了解到微翅片在增强热传的同时,亦会增加压降。在以往的研究中,大部分的作品都集中在一个特定的流态建立关连式,特别是在湍流区。目前只有少数作品,是从根本上研究热传和压降从层流到过渡流,最终到湍流的连续变化的特征表现。因此,更深入的实验研究是必要的。

文献综述:
Jensen and Vlakancic [1]定义了微翅片的高度是少于0.03Di (i.e. 2e/Di<0.06),Di指的是管内径,e就是翅片高度。基本上,这类管道是广泛地用于高流量的应用的,因为热传的增强在高流速(湍流区)比在低流速(层流区)更为明显。 Khanpara et al. [2]的报告指出,微翅片管内湍流的热传,当Reynolds number由5,000至11,000时,有30至100%的增强。Brognaux et al. [3]指出,微翅片管的热传对比平管有65至95%的提升。不过,在等温压降的实验中发现到压降也有35至80%的增幅。Jensen and Vlakancic [1]的工作阐明,微翅片增加了20至220%在湍流区的热传。然而,摩擦因子亦增加了40到140%。Webb et al. [4]计算了efficiency index,其定义是增强管道与平管的热传和摩擦因子的比值。在他们研究的七条不同的微翅片管中,当Reynolds number在20,000到80,000时,efficiency index在0.98到1.18之间变化。在层流的研究中,几位研究者[3, 5-7]总结了压降和热传并没有明显受到微翅片的影响。Trupp and Haine [8]指出,二次流(secondary flow)在层流的发生,在纵向翅片的管道内并不显著,而进口长度(entrance length)和翅片的几何特征亦没有关联。

管则粗化能增加热传表面积,从而提高热交换器的效能。而热传表面积的增加会导致热交换器的管道流速下降,令到流体的Reynolds number在层流和湍流之间,亦即过渡流。为了应付高效能的需求,愈来愈多HVAC单元会被操作在过渡流,但是对压降和热传在过渡流的表现,人们的认识是十分有限的。在Esen et al. [6]的研究中观察到摩擦因子和热传随着Reynolds number的突然改变。不同管道的尺寸,过渡流的起始也不同。而且,过渡流对于热传和压降的影响是显著的。但是,过渡流的终结并没有在该项究中提及。该项究亦没有针对过渡流作进一步的讨论。Jensen and Vlakancic [1]观察到微翅片管中的摩擦因子的过渡流周期很长,直至Re 20,000才是完全的湍流。在过渡流的周期中,摩擦因子对于Reynlods number并不灵敏。同样的表现亦在[3, 5, 9]的研究中观察到。

根据Ghajar及其团队[10-12]针对平管摩擦因子和热传的特征研究得知,浮力效应(buoyancy effect),进口长度,过渡流的起始和终结,还有加热对于摩擦因子的影响,是研究过渡流的重点。然而,在过去关于微翅片管的研究中,以上提及的重点有些是被忽略了。此外,过去的研究亦甚少讨论到翅片的几何特征对摩擦因子和热传在过渡流的影响。

获奖情况:

None 二等奖
这项研究的部份成果,已在2011年7月24日至29日,在日本滨松市举行的四年一度的大型国际会议:ASME-JSME-KSME JOINT FLUID ENGINEERING CONFERENCE中发表。作品编号:AJK2011-16026, "EXPERIMENTAL INVESTIGATON OF THE SINGLE-PHASE FRICTION FACTOR AND HEAT TRANSFER INSIDE THE HORIZONTAL INTERNALLY MICRO-FIN TUBES IN THE TRANSITION REGION"