西安石油大学毕业设计（论文）

不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较

摘 要：随着制冷空调行业的发展,人们已经把注意力集中在高效、节能节材的紧凑式换热器的开发上,而翅片管式换热器正是制冷、空调领域中所广泛采用的一种换热器形式。对于它的研究不仅有利于提高换热器的换热效率及其整体性能,而且对改进翅片换热器的设计型式,推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。

由于翅片管式换热器在翅片结构形式和几何尺寸的不同,造成其换热性能和阻力性能上的极大差异。本文概述目前国内外空调制冷行业中的普遍采用的几种不同翅片类型（平直翅片、波纹翅片、开缝翅片、百叶窗形翅片）的换热及压降实验关联式及其影响因素，对不同翅片形式的管翅式换热器的换热及压降特性的实验关联式进行总结，并对不同翅片的流动换热性能进行了比较。正确地选用实验关联式及性能指标，将对翅片管式换热器的优化设计及其制造提供可靠的依据。

关键词：翅片形式；管翅式；换热器；关联式；流动换热性能

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Study on heat transfer and flow characteristics of fin-and-tube

heat exchangers with various fin types

Abstract： With the development of refrigeration and air conditioning, high efficiency,

energy saving and material saving compact type of heat exchanger is development, as one

kind of compact heat exchanger, fin-and-tube heat exchanger has a wide application in

future. It is necessary to develop compact heat exchanger which is more energy saving and

material saving to improve the heat exchanger thermal efficiency and the overall

performance of heat transfer.

This paper summaries the heat transfer and pressure drop correlations of different fin

surfaces, and the corresponding influencing factors. The heat transfer and friction

characteristic of these kinds of fin types are compared, and the results show the difference

of these fin types. The appropriate correlation and evaluation criterion will provide reliable

foundation to the design and optimization of compact heat exchangers.

Key words： Fin-and-tube heat exchanger; Heat transfer and flow characteristics;

Experimental correlations; Comparison

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目录

1 绪论 ........................................................................................................................... 2

1.1课题背景及研究意义 ......................................................................................... 3

1.2管翅式换热器简介 ............................................................................................. 3

1.3管翅式换热器的特点 ......................................................................................... 4

1.4 管翅式换热器的换热过程 ................................................................................ 4

1.5研究现状 ............................................................................................................. 5

1.5.1国外实验及模拟研究进展 .......................................................................... 5

1.5.2国内研究现状和数值模拟 .......................................................................... 6

1.5.3管翅式换热器及发展趋势 .......................................................................... 8

1.6 管翅式换热器的不同形式的翅片研究现状 .................................................... 9

2影响翅片换热和压降性能的主要结构因素 .......................................................... 11

2.1翅片间距对换热特性和压降特性的影响 ....................................................... 12

2.2管排数对换热特性和压降特性的影响 ........................................................... 12

2.3管径对换热特性和压降特性的影响 ............................................................... 13

2.4管间距对换热特性和压降特性的影响 ........................................................... 13

3．不同翅片经验关系式总结及比较 ....................................................................... 14

3.1 平直翅片经验关系式的总结 .......................................................................... 14

3.2 波纹翅片经验关系式的总结 .......................................................................... 18

3.3 百叶窗翅片经验关系式的总结 ...................................................................... 23

3.4 开缝翅片经验关系式的总结 .......................................................................... 26

4．四种翅片经验关系式比较 ................................................................................... 31

结论 ............................................................................................................................. 38

参考文献 ..................................................................................................................... 40

致谢 ............................................................................................................................. 44

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1 绪论

1.1课题背景及研究意义

换热器是国民生产中的重要设备，其应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空等各工业部门。例如，过路热力系统中的过热器、省煤器、空气预热器、凝汽器、除氧器、给水加热器、冷却塔等；金属冶炼系统中的热风炉、空气或煤气预热器、废热锅炉等；制冷及低温系统中的蒸发器、冷凝器、回热器等；石油化工工业中广泛采用的加热及冷却设备等，制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，这些都是换热器应用的大量实例。它不但是一种广泛应用的通用设备，并且在某些工业企业中占有很重要的地位。例如在是有化工工厂中，它的投资要占到整个建厂投资的1/5左右，它的重量站工艺设备总重的40%；在年产30万吨的乙烯装置中，它的投资站总投资的25%。由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临这能源短缺的局面，各国都致力于新能源的开发，并积极开展预热回收及节能工作，因而换热器的应用又与能源的开发及节约有着密切的联系。在这一工作中，换热器也充当着一个重要的角色，其性能的好坏也直接影响到能源利用的效益。热交换器作为一种利用能源与节约能源的有效设备，在余热利用、核能利用、太阳能利用和地热利用等方面也起着重要的作用。

随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发的合理性与有效性的要求不断提高，因而对换热器性能的要求也日益增加。特别是对换热器的研究必须满足各种特殊情况和苛刻条件的要求，对它的研究也就显得更为重要。因此，在换热器的生产及研究开发上除了满足各种必需的工艺条件之外，对它的综合性能也提出了更高的要求。

1.2管翅式换热器简介

换热器是热力系统的关键设备，管翅式换热器是比较常用的换热器结构形式。翅片分为单、双或多排结构。这种形式的换热器具有结构简单，便于加工、装配的特点，广泛的应用于石油化工、航空、车辆、动力机械、空分、深低温领域、原子能和宇宙航天等工业部门。

管翅式换热器的基本结构是由翅片、隔板、封条和导流片组成的通道。它是在金属平板上放一翅片，然后再在其上放一金属平板，两边以封条密封而组成一个个基本单元。管翅式换热器的芯体则是由多个这样的单位组成。如果对各个通道进行不同的叠置和排列并钎焊成整体，即可得到最常用的错流、逆流、错逆流管翅式换热器芯体、管翅式换热器内 可组成各种形式的流道，为使流体分布更加均匀，在流道的两段部均设置导流片，在导流片上开设许多小孔，使流体能够相互穿通。一般情况下，从强度、热绝缘和制造工艺等要求出发，芯体顶部和底部还各留着若干曾假翅片层。在芯