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两种齿形强化单管沸腾传热性能对比试验研究

更新时间:2009-03-28

符 号

ρ——密度,kg/m3

在传统初中语文阅读方式的授课中,课堂不仅枯燥无味,而且学生所学到的知识也少之又少。在这样的环境下,导致学生整体的理解能力和成绩都出现了下滑现象。而现代教育强调的是教育的差异性与创新性,教师不仅要提供给学生多元化的选择,而且还要适应学生个性发展的需求。在现代教学教育的过程中,教师、学生及家长都非常注重教学效率与课堂中学生的听课质量。对初中学生而言,初中语文阅读的教学非常重要。在传统教学方式下,教师虽然已经在课堂上对课本中的相关知识和内容进行了大量讲解,但是这种教学方法不但限制了学生丰富的想象力,而且效果也非常有限。

V——流量,m3/s

Q——换热量,kW

h——制冷剂焓值,kJ/kg

w ——下标,主侧

ΔT——温差,℃

δw——污垢热阻,(m2·℃)/W

感知机算法在线性可分情况下具有较快的训练速度和较高的正确率.其通过寻找超平面区分散射参数曲线.经过多组实验和测试,散射参数曲线经过预处理后具有线性可分的特点,适合作为使用感知机进行二分类.

A——面积,m2

l——管长,m

主体,就是在制订目标的时候,需要呈现学生的主体性。也就是说,这个目标必须是学生制订的,或是和学生一起制订的。从实施层面来说,目标需要学生主动完成,主体的作用决定了目标的效果。主体性体现了目标的主体性和制订过程中的主体作用。

do——管径,mm

在供给侧结构性改革的战略背景下,体育小镇建设是推动体育产业转型升级的重要举措。体育小镇的空间布局是体育小镇建设的关键,科学合理化的空间布局有利于体育小镇完善结构功能,发挥最大的综合效益。鉴于此,本文基于产业布局的增长极理论、“点—轴”布局理论,分析江苏省体育小镇建设的空间布局问题,以期为体育小镇的空间布局提供理论指导,为政府科学合理规划布局体育小镇提供决策支持。

λ——导热系数,W/(m ·℃)

η——运动黏度,Pa·s

Ts——饱和温度,℃

1.4 胃蛋白酶对样本消化时间的优化 选择同一蜡块,取四张玻片,分别于37℃条件下消化6 min、8 min、10 min、12 min,终止消化后,以4′,6-二脒基-2-苯基吲哚(4′,6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)染色在荧光显微镜下观察消化效果。

Ci在双侧强化管换热中可以通过威尔逊图解法求得,试验中可测得综合传热系数,而圆管的传热总热阻关系式为:

由图9知,EMBBO算法较GA的平均计算时间长,考虑其解集质量更优,该算法的计算成本在可接受的范围内。

Re——无量纲雷诺数

但是,鲁迅觉得决不能因为自己是中国人,就可以在提名和评选上取巧。他说:“我觉得中国实在还没有可得诺贝尔赏金的人,瑞典最好是不要理我们,谁也不给。倘因为黄色脸皮人,格外优待从宽,反足以长中国人的虚荣心,以为真可与别国大作家比肩了,结果将很坏。”

Pr——无量纲普朗特数

Cp——水的比热容,kJ/(kg·℃)

f ——下标,辅侧

试验时采用筒体上的压力值计算饱和温度:Ts=f(p)

1 前言

能源的需求日益旺盛,节能减排势在必行,在能源、化工、动力等行业强化传热是节能的主要手段,例如高效管、肋管、纳米材料等通过增加有限空间的换热面积、改变流体的换热性能等手段进行强化传热。换热器作为在制冷空调行业产品中重要部件,增强其换热能力既有利于机组的性能,也有利于降低机组的成本,高效管的替代成为一种趋势[1~3]。针对大冷量的商用制冷领域产品,壳管式蒸发器应用广泛,该类型的蒸发器特点是:水走管程,冷媒管外池沸腾换热,管外侧的强化大多以增强汽化核心为主,管内测以增加水流扰动为主,但是产生了较高的管内流动压降[4,5]。因此,比较两种不同强化管的性能不仅仅只对比传热系数,需要综合分析管内、管外换热系数及压降等参数。本文将通过水平单管的试验从以上几个方面对2种强化管的性能进行对比分析,并做简要评价,为强化管的替代提供理论分析思路和基础数据。

试验通过控制主、辅侧的水温和流量使筒体内的饱和温度达到试验要求。试验范围:冷媒R134a,饱和温度 4~8 ℃,管内流速 1~3 m/s,进水温度为 12 ℃,热流密度 5000~60000 W/(m2·K)。压力测量精度0.1%,温度测量精度0.05%,压差0.1%,流量0.5%,安捷伦采集仪0.004%。

阿里巴巴的介入是在2015年。当年11月,阿里巴巴现金收购优酷土豆,并成立合一集团。此时,古永锵虽然对外仍是合一的代言人,但实际的操盘者已经变成了杨伟东。

2 试验原理

2.1 试验装置

试验装置由上下2个筒体、辅助部件、采集系统等构成,可以实现蒸发和冷凝工况,见图1。

  

图1 试验装置流程

对数传热温差ΔT:

2.2 试验数据处理

试验时换热量采用主、辅侧进出口水温及流量进行计算,且两侧换热量偏差小于±4%,作为数据有效性的判定依据。

计算时作如下假设:

(1)试验段保温良好,忽略漏热;

(2)水的比热、密度采用纯水的数值并按温度修正。

主侧侧换热量:

 

辅侧侧换热量:

 
]

热平衡δ%计算式:

 

实验材料为甘蓝型油菜品种‘沪油15’,拟南芥为野生型col,拟南芥突变体为bzr1-1D。将植物干燥的种子在超净台中使用90%的乙醇灭菌 5 min,采用无菌水冲洗3~4次,然后铺在干燥的无菌滤纸上吹干后播种于1/2 MS固体培养基上。于4℃、黑暗条件下放置48 h,春化后转移至恒温光照培养箱培养(23℃,16 h光照/8 h黑暗)。

蒸发试验时,试验段在下筒体,冷媒在下筒体内蒸发,上筒体作为辅助筒体,冷媒蒸汽在上筒体冷凝,上、下筒体有一定的高度差,冷凝后的液体通过重力回流到下筒体,可调节上下筒体的管内水流速和进口温度,满足试验所需要的饱和温度及热流密度的要求。

 

综合传热系数K:

 

传热面积:

 

2.3 强化管参数

A、B两强化管有不同的齿形结构且单位长度内的强化齿形数不一样,具体结构如图2所示。管型参数见表1。

  

图2 管齿形结构示意

 

表1 管型参数

  

3 试验数据分析

例如,在讲授“生物育种”一节课的内容时,让学生自学教材内容举出不同育种方式的原理与详细案例,之后根据其优劣势加以评判,并完成相关表格(表1)。这一逆向主线评价方式一反之前边讲授育种实例边进行评价的过程,让学生直接根据不同育种方式中的教材内容对所学知识进行评判,在了解其原理与应用案例的基础上,对比判断其优劣势所在。让学生在主动评判的过程中明白采用何种生物技术手段答案并不唯一,所有的方法均有其优劣势所在,但是当人们带着批判性思维与审视的目光,进行全面而又严谨的思考才会得到一个较优的答案。逆向化的主线教学往往带给了学生更强的主动性以及自主评价知识的能力。

3.1 综合传热系数对比

图3所示为不同饱和温度下综合传热系数随管内流速的变化。从图可见,A,B两管的综合传热系数都随着管内流速的增加而增加,这是因为随着管内流速的增加管内换热系数增加;试验条件是保证进水温度不变,流速增加时对应的热流密也增加,管外换热系数也增加。在4~8 ℃的饱和温度变化范围内,A管的综合传热系数比B管整体都高,在大流速即大热流密度的工况下,优势更明显。例如:流速为2.5 m/s,饱和温度为5 ℃时,A,B两管的综合传热系数分别是光管的4.46和3.92倍,A管的综合传热系数比B管高约13.9%。综合传热是表征强化管的综合传热性能,不同双侧强化管对于管内外的强化重点不一样,因此需要进一步分析比对A,B两管的单侧换热系数。

高校独立学院,是由国家公办本科院校结合社会资金举办的“二级学院”。独立学院作为我国高等教育改革的一种新型办学形式,已发展成为高等教育走向大众化的中坚力量和生力军。近年来随着我国高等教育领域的竞争日趋激烈,以及从2016年开始全国逐步推行新高考政策的改革,独立学院目前都面临着如何从量的扩张向质的提升的转型升级问题。高素质的教师是学校发展不可或缺的重要资源和核心能力,也是独立学院发展的关键瓶颈。如何提高师资管理水平,吸引、留住并有效激励教师员工,已成为独立学院未来发展的重中之重。

  

图3 不同饱和温度下综合传热系数随管内水流速变化规律

3.2 管内换热系数对比

试验管为双侧强化管,蒂图斯-贝尔特公式不再适应于计算管内换热系数,对于内螺纹强化管目前应用最广泛的公式是[6,7]

 

该公式可简化写成:

当放入家具时,TVOC水平上升,在传统房间中达到8 100 μg/m3。对于家具预先放置处理是一个很好的论据。

 

tw——壁面温度,℃

 

管外蒸发换热系数受热流密度和饱和温度的影响,在定饱和温度和热流密度下,强化管的综合传热系数只与管内换热系数有关。因此,忽略污垢和管壁热阻,可得:

 

试验时A,B两管的饱和温度为5 ℃,热流密度为40000 W/m2,改变进水流量可得A,B两管的综合传热系数,经威尔逊图解法可计算得到A管的Ci系数为 0.0852,B管的Ci系数为 0.0785,已知光管的Ci系数为0.023。因此,A管内测强化了3.70倍,B管内测强化了3.41倍。两管管内测相对于光管的强化都是因为管内测的螺纹破坏了流动边界层加强了扰流[8]。A管的强化系数是B管的1.09倍,根据两种管型的几何参数,可能原因是A管的内齿高度比B管高且齿数更多,同样流速下扰流更强,换热效果更好。

3.3 管内流动阻力对比

A,B两管管内换热系数相对于光管强化倍数分别为:3.70和3.41。螺纹管内强化传热是通过增加管内粗糙度,增加扰流,破坏流动边界层而达到强化传热的目的,同时也增加了管内的流动压降。从图4可以看出,以2.5 m/s的水流速下,A,B两管管内流动压降分别是光管的1.36和1.24倍,其中A管比B管压降更大,这是因为A管采用的螺纹强化内齿更高,内齿数更多,强化换热的是以增加管内水流动压降为代价的。

  

图4 管内流动压降随管内水流速的变化

3.4 管外换热系数对比

A,B两试验管为双侧强化管,通过威尔逊图解法可得到管内的强化系数,根据Cooper公式可知[9],管外换热系数与饱和温度、热流密度相关,因此,试验采用定5 ℃饱和温度,定管内水流速为2.5 m/s,变化热流密 5000~60000 W/m2,从图 5 可以看出,以热流密度40000 W/m2为例,A,B两管相对于光管(Cooper计算值)的强化倍数分别约为6.18和5.56;其中A管相对于B管高11.2%,原因是A管采外齿形结构高度比B管低,气化核心在齿底部,气泡产生后脱离避免所需要克服的行程小,有利于脱离壁面,同时A管的外齿数比B管多,在一定程度上增加了汽化核心。

  

图5 管外换热系数对比

根据Cooper公式,热流密度增加,管外换热系数会持续增大。但是,从现有的试验数据发现,当热流密度大于50 kW/m2时,管外换热系数基本保持水平,分析原因有以下两点:(1)试验测试的精度有限,系统偏差隐含了管外换热系数的增加幅度;(2)结合试验现象,当热流密度增加时,壁面过热度增加,单位表面积上产生更多的气泡,由于气泡不能及时脱离表面,在局部聚合,形成了少面积的气膜,抑制了管外换热系数的进一步增加,此原因有待进一步考证[10]

3.5 管内外传热热阻

A,B两试验管为双侧强化管,通过威尔逊图解法可得到管内的强化系数,忽略管壁导热及污垢的影响,通过热阻分离法可得到管外换热系数,进一步可以计算出管、内外热阻占总热阻的比例,如图6所示。从图6可以看出,A,B两管管内外传热热阻随管内流速(即热流密度)的变化趋势一致,管内流速越大,管内热阻百分比越小。小流速时(小热流密度)时,换热由管内热阻控制,当管内水流速达到3 m/s时,管内外热阻基本各占一半。从整个趋势来看,若继续增大热流密度换热将会由管外热阻控制,这是因为从管外换热系数随热流密度的变化趋势(图5)可知,管外换热系数随着热流密度的增加而增加,但是增加梯度逐渐减少,而管内的换热系数随着流速的增加而成比例的增加。

胰腺外分泌功能检测可协助诊断PEI[31-32],但由于我国开展相关检测的单位较少,一般通过患者临床症状、基础疾病、营养状况等综合评估判断。对于怀疑PEI的患者,亦可采用试验性胰酶替代治疗(pancreatic enzyme replacement therapy,PERT)4~6周,如症状改善,可拟诊PEI[1,32-33](图2)。

  

图6 管内外热阻百分比随管内水流速的变化

3.6 换热强化评价

强化管的换热强化因素有许多,单从传热的角度分析,A,B两管的综合传热系数都比光管高很多,管内强化是以增加流动阻力为代价的,评价管内的综合性能需要同时考虑传热系数和流动阻力,有些学者提出使用φφ=(Nu / Nuo)/(f / fo)1/3)表述强化管内的综合性能,φ值越大,强化效果越好[11~18]。试验测得A,B两管的φ值分别为3.35和3.18,且都大于1,说明两强化管能起到节能的效果。

本文所试验的强化管属于双侧强化管,管内为水侧,管外为冷媒侧,综合传热系数K是有管内、管外换热系数决定的,蒸发试验时,热负荷的供给来源于管内测,在换热面积固定、饱和温度一定和定进水温度的试验条件下,综合传热系数只与水流速有关。评价单管的性能需要综合考虑管内外的综合传热系数和管内流动阻力。在现有的试验范围(10000<Re<0000),定义C=(K / Ko)/(f / fo)1/3来评价单管的综合性能,以5C的试验数据为例,如图7所示,综合性能系数C的值都大于1,说明采用A,B强化管都能起到节能的效果,且A管比B管更有优势。从整体趋势看,综合性能系数随着水流速的增加而降低,说明水流速的增加,管内阻力增加的幅度大于综合传热系数的增加幅度。

  

图7 综合性能趋势

从以上几个方面的对比分析可知,A,B两管相对于光管都能起到强化传热而节能的效果,且A管比B管更有优势。从管内流动阻力和综合传热系数随随流速的变化趋势可以看出,综合传热系数的提高是以管内流动阻力的增加为代价。综合性能系数从功热转换的角度显示了管内流速的增加对于综合传热系数的增加幅度与管内流阻增加幅度的比值,管内流速增加,综合性能系数下降。说明管内强化在一定流速范围内是可以节能的。

4 结论

(1)在相同试验条件下,A,B两管的综合传热系数、管内换热系数、管外换热系数及管内热阻都要比光管高,且A管比B管高。

(2)从A,B两管管内流动阻力随水流速的变化趋势和管内强化系数Ci说明管内齿高越高和管内齿数越多,虽然有利于传热,但是阻力也相应的增加。

(3)从A,B两管的管外换热系数随热流密度的变化趋势说明在现有的齿形结构下增加气泡的脱离频率有利于进一步强化传热。

(4)从综合传热性能趋势曲线可以看出,评价强化的传热性能需要综合考虑管内流动阻力,综合性能系数越大,强化管传热性能更好。

参考文献

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路阳,柳建华,张维加,刘效德,夏雨亮,石毅登
《流体机械》 2018年第04期
《流体机械》2018年第04期文献

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