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冷卻器的強度和傳熱速率的計算
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)外的流動狀態(tài)對兩側(cè)流體之間傳熱的影響
1.1.1 流體在管子內(nèi)的流動型態(tài)
通常當流體在管內(nèi)流動時可分為層流、湍流和過渡流三種流動狀態(tài)。每種流動狀態(tài)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(tài))。這是因為流體具有粘滯性、潤濕性的結(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)流體的流動仍為層流。
1.1.2 流體在冷卻器管間的流動狀況
通常采用的列管式冷卻器都帶有折流擋板，流體在管間流動時，流向和流速均不斷變化，因而在Re(雷諾準數(shù))>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(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(shù)較低，使滯流內(nèi)層中的導熱熱阻就很大。假設管壁兩側(cè)的流體為湍流流動，在管壁兩側(cè)的湍流主體中，因流體質(zhì)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(nèi)層之間的緩沖層中，熱傳導和對流傳熱均起作用，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，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(nèi)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(nèi)層中，因此減薄滯流內(nèi)層的厚度是強化對流傳熱的重要途徑。
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)，當流體由縮徑處進入擴徑處時會發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，此時在擴徑處產(chǎn)生流體空白區(qū)，一部分流體會倒流回來填充空白區(qū)，這樣在擴徑腔內(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。在擴徑處外部液膜厚度極薄，此處對流傳熱系數(shù)遠遠大于光滑管外部凝結(jié)時的對流傳熱系數(shù)，在縮徑處外部液膜厚度較厚，該處對流傳熱系數(shù)較光滑管外部凝結(jié)時的對流傳熱系數(shù)略小一些，不過總的平均對流傳熱系數(shù)比光滑管大得多。
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