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冷卻器的強(qiáng)度和傳熱速率的計(jì)算
1 用波紋管制造熱網(wǎng)冷卻器的依據(jù)
1.1 流體在管子內(nèi)外的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)兩側(cè)流體之間傳熱的影響
1.1.1 流體在管子內(nèi)的流動(dòng)型態(tài)
通常當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)可分為層流、湍流和過(guò)渡流三種流動(dòng)狀態(tài)。每種流動(dòng)狀態(tài)都會(huì)在靠近管壁處形成邊界層(邊界層又分為層流、湍流、過(guò)渡流三種流動(dòng)狀態(tài))。這是因?yàn)榱黧w具有粘滯性、潤(rùn)濕性的結(jié)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(nèi)層，此層內(nèi)流體的流動(dòng)仍為層流。
1.1.2 流體在冷卻器管間的流動(dòng)狀況
通常采用的列管式冷卻器都帶有折流擋板，流體在管間流動(dòng)時(shí)，流向和流速均不斷變化，因而在Re(雷諾準(zhǔn)數(shù))>100時(shí)即可能(推薦：太陽(yáng)能)達(dá)到湍流，所以一般按湍流考慮。
1.1.3 無(wú)相變的流體在管子內(nèi)外的傳熱情況
在管兩側(cè)緊貼壁面的滯流內(nèi)層中，沿壁面的法線方向上沒(méi)有對(duì)流傳熱，該方向上熱量的傳遞僅為流體的熱傳導(dǎo)。由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)較低，使滯流內(nèi)層中的導(dǎo)熱熱阻就很大。假設(shè)管壁兩側(cè)的流體為湍流流動(dòng)，在管壁兩側(cè)的湍流主體中，因流體質(zhì)點(diǎn)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(nèi)層之間的緩沖層中，熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱均起作用，在該層內(nèi)溫度發(fā)生緩慢的變化。如圖1所示。若管壁兩側(cè)的流體為層流流動(dòng)，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(dǎo)，詳情可參考滯流內(nèi)層中的傳熱情況。從以上分析可知，對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在滯流內(nèi)層中，因此減薄滯流內(nèi)層的厚度是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的重要途徑。
1.1.4 波紋管內(nèi)外兩側(cè)流體(外側(cè)的流體有相變)之間的傳熱分析。
在波紋管內(nèi)側(cè)，當(dāng)流體由縮徑處進(jìn)入擴(kuò)徑處時(shí)會(huì)發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，此時(shí)在擴(kuò)徑處產(chǎn)生流體空白區(qū)，一部分流體會(huì)倒流回來(lái)填充空白區(qū)，這樣在擴(kuò)徑腔內(nèi)產(chǎn)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(zhì)點(diǎn)之間的碰撞，極大地破壞了邊界層和滯流內(nèi)層，使其厚度減薄，減少了滯流內(nèi)層的熱阻，同時(shí)減輕了污垢在管內(nèi)壁的沉積，這樣就大大地提高了內(nèi)側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。
在波紋管外側(cè)，由于波紋管冷卻器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(kuò)徑處外部液膜厚度極薄，此處對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光滑管外部凝結(jié)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)，在縮徑處外部液膜厚度較厚，該處對(duì)流傳熱系數(shù)較光滑管外部凝結(jié)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)略小一些，不過(guò)總的平均對(duì)流傳熱系數(shù)比光滑管大得多。
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