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圆弧型开缝翅片管空气冷却器传热与阻力特性试验研究

更新时间:2009-03-28

0 引 言

随着风力发电技术的快速发展,人们在寻求更大的风力发电机单机容量的同时,发现优化发电机冷却器是保证机组正常运行的关键。空—液—空冷却方式已被目前大部分大功率风力发电机组所普遍采用[1]。发电机内部产生的热空气通过空气冷却器将热量传递给循环冷却介质,冷却介质再通过空冷器进行散热,最后再回到发电机内部进行循环。本文中将对使用在风力发电机空—液—空冷却系统中的空气冷却器进行试验研究。

在间壁式换热器中,通常会对换热较弱、热阻较大的一侧进行换热的强化[2]。当管外为气体、管内为液体时,管外侧成为强化传热的重点。在实际工程应用中,常采用在换热管外使用扩展表面来强化对流传热,如翅片管式换热器、板翅式换热器等。其中,翅片管换热器以其良好的换热性能和轻巧的设备外形被普遍应用到现代工业中[3]。根据不同的应用场合,翅片管的种类也不尽相同,包括矩形、H形、开缝型、螺旋型等。将开缝翅片应用到整体套片式翅片管上,可以进一步增强流体的扰动,减薄边界层厚度,使得换热器结构更加紧凑,传热效率提高[4-6]。开缝翅片管的优良特性引起了国内外学者的广泛关注。WANG等[7-9]在对49种不同的开缝翅片管换热器的试验研究中,分析了管间距、管排数、管径、翅片间距、翅片厚度等结构参数对换热器的影响规律。YUN等[10]研究了开缝翅片结构参数对换热器换热与阻力的影响规律,主要包括开缝位置、开缝宽度、开缝高度以及开缝角度等。袁益超等[11]通过试验研究了不同运行工况下双向开缝翅片管换热器的传热与阻力性能。李红智等[12]利用可视化试验技术对圆弧型开缝翅片与X型开缝翅片进行对比试验,发现X型开缝翅片的换热性能、场协同性较好,圆弧型开缝翅片阻力比较小,并提出波动强度这一概念。王成刚等[13]对4种圆弧型开缝翅片进行了数值模拟,分析了不同开缝组合对翅片管综合传热性能的影响。国内外学者通过理论、试验以及数值模拟方法对开缝翅片管进行了大量研究,而关于圆弧型开缝翅片的研究则相对较少。圆弧型开缝翅片作为一种新式的开缝翅片,不仅可以起到加剧流体的扰动,减薄边界层厚度的作用,其圆弧型结构还可以使圆管后部绕流脱体的起点后移,提高管束背风侧的换热性能[14]

本文中利用模化试验研究了迎面风速及翅片间距对圆弧型开缝翅片管空气冷却器传热与阻力特性的影响,并将其与平直翅片管换热器相比较,为其进一步的优化设计提供参考。

1 试验系统

1.1 试验原理及试验装置

试验系统如图1所示,主要包括三个部分:空气循环系统、冷却水循环系统、数据采集系统。

  

图1 试验系统示意1—空气电加热器;2—整流格栅;3—热电偶网;4—试验元件;5—差压变送器;6—喷嘴流量箱;7—压力变送器;8—引风机;9—稳压水箱;10—水加热器;11—水泵;12—调节阀;13—电磁流量计;14—Pt100铂电阻

在空气循环系统中,空气被电加热器加热到工况温度,流经整流格栅均匀流速后,在试验段中横向冲刷圆弧型开缝翅片管,与管内冷却水进行换热,冷却后进入喷嘴流量箱完成流量测量,再由引风机引出,再次循环。冷却水循环系统中,稳压水箱中的冷却水经水加热器加热到工况温度,由水泵引出,经过电磁流量计完成流量测量后进入试件管侧,与管外热空气换热后返回水箱,排放部分热水并补充一定冷水,再进行循环。

 

1 测量仪表及其精度

  

仪表名称数量型号精度差压变送器2EJA120A0.20%绝对压力变送器1PTX14000.15%电磁流量计1AFX040G0.20%铜-康铜热电偶网3//铂电阻2Pt100A级

数据采集系统通过ADAM-4118模块采集表1所示测量仪表的输出信号,再经过ADAM-4520模块转换后通过RS-232通讯接口输入计算机,数据采集程序自动采集、计算、动态显示及储存。

1.2 试验元件

圆弧型开缝翅片管空气冷却器翅片结构如图2所示,其主要结构参数如表2所示。

  

图2 圆弧型开缝翅片管空气冷却器翅片结构示意

试验段空气迎风面尺寸为1300 mm×391 mm(高×宽),4排管子沿空气流动方向错列布置,每排分别布置12、11、12、11根管子,共计46根管子。冷却水流道为单排进水,共4流程,与外侧热空气呈逆流布置。圆弧型开缝翅片和平直翅片材料均为8011铝带,基管管材均为TP2紫铜管。

企业全面预算管理工作是战略管理的一部分,企业必须加强对市场环境变化和经营战略变化的重视,合理调整发展的各项战略,继而对全面预算编制等各项工作进行调整,建立恰当的奖惩制度,保障各项工作落实到位,提高全面预算管理的有效性。

 

2 试验元件主要结构参数 mm

  

试验元件翅片类型管径do管壁厚度δ横向管间距S1纵向管间距S2翅片厚度δf翅片间距Pf1号圆弧型开缝140.93429.40.161.72号圆弧型开缝140.93429.40.162.23号圆弧型开缝140.93429.40.162.54号平直140.93429.40.162.2

1.3 试验数据处理方法

[2] 杨世铭,陶文铨.传热学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

利用模化试验研究了圆弧型开缝翅片管空气冷却器传热与阻力特性,可以得出以下结论:

完善实训课程的知识体系,疏理其所涉及到的理论知识点,既能让学生理解实训课程需要理论知识的支撑,又能让学生明确理论学习的方向。这样,容易让学生感受到学习收获上的体验及乐趣,拥有成就感。同时,作为经营团队中的一份子,在学习上的收获感及自我认可提高,会直接影响团队的经营热情,为整个团队和谐的气氛创造条件。

(3)空气侧努塞尔数Nua,雷诺数Rea,欧拉数Eua,摩擦因子f

 

(1)

式中:cpw为水的比定压热容,kJ/(kg·℃);qmw为水的质量流量,kg/s。

空气侧放热量Qa为:

 

(2)

式中:cpa为空气的比热,kJ/(kg·℃);qma为空气的质量流量,kg/s。

试验过程中,当吸放热量的热平衡误差在±2%以内时,表示工况已经基本稳定,可以进行数据采集。

总传热系数K

运气不佳,其实是自我安慰,说到底,还得归咎于自己脾气不好。稍有不如意,就拉长个脸,别人做事违了我愿,就要口出怨言,有时还会大呼小叫,更甚至扔手边的水杯。

 

(3)

式中:A0为试件翅片侧换热全面积,m2ΔTm为对数平均温差,℃。

扇间沼泽:位于分流河道间或单个扇体之间,地势低洼,粒度较细,粉砂岩和泥岩交互,相应的测井曲线起伏不明显。

(2)翅片侧对流换热系数ho

本试验中元件内外壁清洁,故忽略其管内外侧的污垢热阻,在数据处理过程中假设翅片效率ηf为1。翅片侧对流换热系数ho

自然保护区在我国开展的“生态文明建设”中,无论在环境保护、生态保护还是经济发展中都具有十分重要的作用。各种级别、各种类型、各种领域保护区的建立,使云南省保护区形成了较为完整的保护区网络体系,这个体系在云南开展的生态文明建设中起到了积极的作用。

 

(4)

式中:l为管长,m;λb为管子导热系数,W/(m·K);do为管子外径,m;di为管子内径,m;hi为管内对流换热系数(按Dittus-Boelter公式计算),W/(m2·K);Ai为管内换热面积,m2

水侧吸热量Qw为:

(3)雷诺数Rea在1200~3800,翅片间距均为2.2 mm,圆弧型开缝翅片管冷却器空气侧努塞尔数Nua比平直翅片管冷却器高27%~35%,而相应地,圆弧型开缝翅片管冷却器空气侧欧拉数Eua比平直翅片管冷却器大37%~43%。

 

(5)

 

(6)

 

(7)

 

(8)

以上式中:λa为空气导热系数,W/(m·K);ua为管束最小流通截面空气流速,m/s;va为管外空气运动粘度,m2/s;ρa为空气密度,kg/m3N为沿空气流动方向管排数;ΔPa为翅片侧流动阻力,Pa。

原发性甲状腺淋巴瘤(primary thyroid lymphoma,PTL)指原发于甲状腺的淋巴瘤,伴或不伴有颈部淋巴结转移,不包括其它部位淋巴瘤扩散或转移到甲状腺的淋巴瘤。根据目前报道,PLT较少见,是主要累及B族淋巴细胞的结外非何杰金淋巴瘤[1],约占甲状腺恶性肿瘤的2%~5%,占结外淋巴瘤的1%~2.5%[2]。

2 试验结果及分析

2.1 迎面风速、翅片间距对冷却器传热与阻力特性的影响

不同试验工况下迎面风速和翅片间距对冷却器传热与阻力特性的影响如图3所示。图例中Pf=1.7 mm、Pf=2.2 mm、Pf=2.5 mm表示翅片间距分别为1.7、2.2、2.5 mm的圆弧型开缝翅片管冷却器,其他结构参数相同(见表2)。

由图3(a)可以看出,3个试件的翅片侧对流换热系数ho均随迎面风速的增大而增大,冷却器的传热性能增强;迎面风速在1.0~3.0 m/s时,同一风速下试件翅片侧对流换热系数ho随着翅片间距的减小而增大,这主要是因为Pf=1.7 mm的翅片间距较小,会使翅片侧管束间最小流通截面变小,气流流经试件时扰动更加剧烈,能够更好地冲刷翅片表面,减小翅片侧的换热热阻。

水肥一体化作为农业生产改革的一项新技术,相对于传统灌溉方法的优势,主要实现了三项改变:第一点是改变了传统的大水灌溉和沟渠灌溉,实现了针对性局部灌溉的新方法;第二点是改变了传统的浇灌点,实现了直接灌溉作物的改变;第三点是改变了传统的施肥模式,使其与水灌达到有效地结合。由于水资源短缺是我国面临的主要问题之一,水肥一体化的推广和应用能有效地解决这项问题,由此看来水肥一体化技术对于我国现代农业的发展具有重大意义。

由图3(b)可以看出,3个试件的翅片侧流动阻力ΔPa均随迎面风速的增大而增大;迎面风速在1.0~3.0 m/s时,同一风速下试件翅片侧流动阻力ΔPa随着翅片间距的减小而增大,这主要是因为翅片间距减小会使翅片侧管束间最小流通截面变小,空气的扰动更加剧烈,阻力也就随之增大。

  

图3 迎面风速、翅片间距对冷却器传热与阻力特性的影响

2.2 圆弧型开缝翅片、平直翅片冷却器传热与阻力特性对比

圆弧型开缝翅片与平直翅片冷却器的传热与阻力特性对比如图4所示。图例中Pf=2.2 mm、Pf=2.2 mm平片分别表示翅片间距均为2.2 mm的圆弧型开缝翅片管冷却器和平直翅片管冷却器,其他结构参数相同(见表2)。

参考文献

由图4(b)可以看出,在同一空气侧雷诺数Rea下,圆弧型开缝翅片管冷却器空气侧欧拉数Eua比未开缝的平直翅片管冷却器大37%~43%,即空气侧流动阻力比较大。这主要是由于开缝结构的存在,增加了流体的扰动,故阻力较大。

5)运用回归分析的方法建立了含水率同连接力之间的关系模型。检验结果表明,模型的拟合程度非常高,能够有效地表达含水率与连接力间的关系。

  

图4 圆弧型开缝翅片与平直翅片传热与阻力特性对比

2.3 翅片间距、翅片类型对冷却器综合流动传热性能的影响

采用Nua/f1/3作为比较不同翅片管冷却器综合流动传热性能强弱的评价指标。Nua/f1/3值的大小表示单位功耗换热性能的强弱,其值越大则表明换热器的综合流动传热性能越好[15]

翅片间距、翅片类型对冷却器综合流动传热性能的影响如图5所示。由图5可以看出,Rea在1200~3800内,随着Rea增大,性能指标Nua/f1/3也不断增大,表示冷却器的综合流动传热性能不断提高;处于低Rea下,Pf=1.7 mm的综合流动传热性能最佳,当Rea超过1800时,Pf=2.5 mm的综合流动传热性能最佳,这主要是因为较小翅片间距的试件虽然可以加剧气流的扰动,换热性能好,但是随着Rea的不断增大,其阻力增大非常明显,综合流动传热性能提高不明显,同时,虽然在高ReaPf=2.5 mm的综合流动传热性能最好,但是若对冷却器尺寸有一定要求时,翅片间距较大会导致单位管长布置的翅片数量减少,继而使冷却器换热面积减小,换热量随之减小,所以选择冷却器翅片间距时需要根据实际情况综合考虑;圆弧型开缝翅片管的综合流动传热性能均优于平直翅片管,可见在翅片上开圆弧型缝可以明显提高管束的综合流动传热性能。

  

图5 翅片间距、翅片类型对冷却器综合流动传热性能的影响

3 结 论

(1)试件传热系数K

本节基于引理1.3中的二元组织积构造,引入了具有可乘拟恰当断面的富足半群上的好同余二元组即好同余对的概念。利用好同余对,在E°是正规带的假设下,给出具有可乘拟恰当断面的富足半群上的好同余的相对简洁的刻画。

(1)迎面风速的变化对圆弧型开缝翅片管冷却器的传热与阻力性能有显著的影响。因为管外空气侧的热阻远大于管内水的热阻,增大迎面风速将显著提高换热性能,但是翅片侧空气流动阻力ΔPa会增大。

(二)利用多媒体等科技方法进行教学。多媒体技术应用于课堂教学,大大提高了教学效率,让学生们能够学到更多的知识。对于高中音乐教学来说,利用多媒体教学是最基本的要求,由于学科的特性,使其不能使用传统的板书教学。多媒体教学可以有效地打破地域、空间以及时间的限制,为学生们学习音乐提供更多的空间。多媒体教学还具有形象、直观的特点,以增强学生们的理解能力。

(2)翅片间距在1.7~2.5 mm,迎面风速在1.0~3.0 m/s时,同一风速下,翅片侧对流换热系数ho随翅片间距的减小而增大;翅片侧空气流动阻力ΔPa随着翅片间距的减小而增大。

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(4)雷诺数Rea在1200~3800,综合性能指标Nua/f1/3随着Rea的增大而增大;翅片间距在1.7~2.5 mm,当Rea<1800时,Pf=1.7 mm的综合流动传热性能最好,当Rea>1800时,Pf=2.5 mm的综合流动传热性能最好;圆弧型开缝翅片管束的综合流动传热性能均优于平直翅片管束,翅片开圆弧型缝可以显著增强翅片管束的综合流动传热性能。

由图4(a)可以看出,在同一空气侧雷诺数Rea下,圆弧型开缝翅片管冷却器空气侧努塞尔数Nua远高于未开缝的平直翅片管冷却器,前者比后者高27%~35%,这是因为圆弧型开缝翅片管由于开缝结构的存在,能够有效地增加翅片侧流体的扰动,破坏流体边界层,使得整个流场分布不均匀,流体流速在开缝处突然增大,使流动在管束间间断发展,提高翅片管的换热性能。

[1] 袁 斌,沈雨虹,宗 多.大功率风力发电机组冷却系统研究[J].东方汽轮机,2012(4):6-9.

通过模化试验,可以得到的参数有空气进出口温度冷却水进出口温度空气质量流量qma;循环水质量流量qmw;试件翅片侧阻力ΔPa

[3] 蒋 翔,李晓欣,朱冬生.几种翅片管换热器的应用研究[J].化工进展,2003,22(2):183-186.

[4] 李 军,吴学红,徐 青,等.波纹开缝翅片管换热器传热与流动性的数值模拟[J].广东海洋大学学报,2008,28(4):82-85.

[5] 钱 力,吴学红,吕彦力.X型开缝翅片传热与流动性能的数值模拟[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版),2011,26(4):45-49.

[6] 李慧珍,屈治国,程永攀,等.开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟[J].西安交通大学学报,2005,39(3):229-232.

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[8] DU Y J, WANG C C. An experimental study of the airside performance of the superslit fin-and-tube heat exchangers[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2000,43(24):4475-4482.

[9] WANG C C, LEE W S, SHEU W J. A comparative study of compact enhanced fin-and-tube heat exchangers[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer,2001,44(18):3565-3573.

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[13] 王成刚,郑晓敏,谢小恒,等.4种圆弧型开缝翅片特性数值模拟[J].石油化工设备,2012,41(3):29-33.

[14] 李红智,罗毓珊,王海军,等.增压空冷器用开缝翅片的结构优化设计[J].西安交通大学学报,2008,42(11):1356-1360.

[15] 杨立军,贾思宁,卜永东,等.电站间冷系统空冷散热器翅片管束流动传热性能的数值研究[J].中国电机工程学报,2012,32(32):50-57.

①护肝药物治疗的应用 推荐应用抗炎护肝药物、肝细胞膜保护剂、解毒保肝药物以及利胆药物。不同护肝药物分别通过抑制炎症反应、解毒、免疫调节、清除活性氧、调节能量代谢、改善肝细胞膜稳定性、完整性及流动性等途径,达到减轻肝脏组织损害,促进肝细胞修复和再生,减轻肝内胆汁淤积,改善肝功能(Ⅲ)。

 
杨涛,袁益超,于洋洋
《能源工程》 2018年第02期
《能源工程》2018年第02期文献

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