不同邊界條件下管外對流換熱性能的實驗研究.pdf

1、管外努謝爾數(shù)是管式換熱器(如電廠鍋爐中的省煤器、空預(yù)器，冶金爐中的各種換熱設(shè)備及其日常生活中的熱水器等)設(shè)計和校核的重要參數(shù)。一般通過實驗的方法求得，即運用牛頓冷卻公式求出管外對流換熱系數(shù)，進而求得管外努謝爾數(shù)。 研究換熱器的實驗方法很多，其中以采用直接電加熱法模擬恒熱流邊界條件較為普遍，即管內(nèi)部通電流加熱，外部空氣橫掠。該方法把整個換熱器看成是等熱流密度的，但實際情況并非如此。管內(nèi)的熱流體經(jīng)過換熱器時溫度要發(fā)生變化，熱流密度也

2、要發(fā)生變化，所以電加熱法與實際的換熱情況必定存在差別。探討這兩種邊界條件下對流換熱系數(shù)與努謝爾數(shù)的關(guān)系和差別，這對于換熱設(shè)備的設(shè)計具有重要的意義。 采用實驗研究的方法，分別對針翅管，平直翅片管和光管在同一風(fēng)洞實驗臺上進行了實驗。采用管內(nèi)電加熱法模擬第二類邊界條件，管內(nèi)流體加熱，管外空氣橫掠模擬第三類邊界條件，實驗的管外雷諾數(shù)范圍為Re=5000～35000。實驗結(jié)果表明，光管在第三類邊界條件下的Nu是第二類邊界條件下的1.048

3、倍，翅片管在第三類邊界條件下的努謝爾數(shù)Nu是第二類邊界條件下的1.073倍，針翅管第三類邊界條件下的努謝爾數(shù)Nu是第二類邊界條件下的1.1倍，且這個比例關(guān)系與雷諾數(shù)的變化無關(guān)。在同一邊界條件下，整體針翅管在整個實驗流速范圍內(nèi)都比平直翅片管、光管有更強的換熱性能。為了進一步研究產(chǎn)生這種差異的原因，采用FLUENT軟件對光管和針翅管單管的管外流場、溫度場和壓力場進行了數(shù)值模擬。得出在第三類邊界條件下，管內(nèi)流體充分發(fā)展后，管外局部對流換熱系數(shù)