6流过管束的流动换热与结构的综合性能评价陈维汉。s华中科技大学能源与动力工程学院，湖北武汉430074出该流动换热过程*佳流动参数的达式。联立上述两个关系式就可得出使过程的结构尺寸流动特征与换热性能间综合优化的*佳管排与给定热流和管径间的关系式，以此作为性能分析与评估的判据。这里以流过叉排管束为例进行综合性能的分析与评价。 对其进行综合性能优化的分析评价方法+该方法的基本思路心以换热性能为纽，分别在给定换热面积以换热量*大为糸件求结构参数与换热性能间的关系，和在给定换热参数以姻损失率*小为条件求流动特征与换热性能的关系，从而*后得出过程的结构尺寸流动参数和换热性能者间的综合优化关系式。以此作为热设备换热过程的设计准则去确定各种参数必然会得出设备投资省运行费用低换热性能良好的热设备的结构参数与运行参数，从而实现热利用设备的综合性能优化1流体流过管束的结构参数优化1.1管束经济的结构参数达式的导出对于个流动换热过程总可以在给定换热面流动换热过程。个简笮的叉排翅片管束的流动结构1.中3为进口处的质量流速1阳顺排排列管束的流动换热心意7和7分别为进出翅片管束的流体温度，51和心分别为横向与纵向的管间瓯心为管子的外直径为环形翅片的外直径为管壁温度财和分别为横向与纵向的管排数。今在流场方向上个心间距内取个换热微元面积3，中斜线框。由于在个纵向间距52积认为管高好方向上换热均勾，且有。，个间距为，厚为8的环形翅片，因而有以=14了翅片厚度的影响。于是个宽51流道内的翅片管微元面积上的热平衡可以为，1为流体与管壁间的换热系数打对上式进行全流程积分得此可在151和2为定值得出使换热试达到*大值的5和52的数值，即*佳的结构尺寸。这也意味着在相同的投资成本下获得*好的换热效果因而*佳的结构尺寸就是*经济的结构尺寸。由于个52对应着个冗山的换热面积5财51斤31山，0为常数与财51斤52丑为常数是等效的。因此令1.，151几，为相当体税从而由式可求得整个翅片管束的换热量从上式可在给定体积的前提下如果管长好给定，横向管排数财与横向节距51间存在依变关茱在设定排数财后节距心成为寻优的目标为此可进步将上式改写为因此，要在给定换热荇束的体私！即151〃使传热量，大，可以求对1的导数并令其为零。，后1.出抑山。心户经改可得到分，坫努谢尔特数雷诺数和普朗特数。其中的入，流体导热系数，v为流体运动粘度，而，流体这就是在给定结构体积条件下使换热量*大流体流过光管管束由文献厂4可以得出比较式3与4，两者之间只相差个翅片22经济的结构参数随运行参数的变化由于反映换热性能的斯坦顿数又与换热过程的流动特征密切相关，那么此式亦能反映出结构特征与流动参数之间的关系。换热性能与流动特征间的关系反映在换热准则关系式中。因而可以将准则关系式代入述，佳结构参数式中。 从而导出*佳结构参数随流动参数变化的关系对于流体流过正角形叉排翅片管束。SV=0.137对于流体流过叉排光符符，文中采用，的偏差修正项，51心山，厂，且6分别代入经济管排数关系式34中，可以得出为了更加具体地*佳管排数随雷诺数的变化1清况，这里以空气流过正角形叉排翅片管束的流动换热过程为例来加以说明。设管排结构RfSirl，=1. 计算出的*佳管排数与雷诺数间的变化关系2. 2流体流过管束的*佳运行参数的2.1流动换热过程的，损失率分析流动换热过，公个+可逆的热力学过程。 过程的进1必然4起系统的熵产。从而导致过程可用能的损失，即损失。因此可以用过程引起流体流过翅片管束的流动换热过程，可在设定其换热关承〃=〃办巧和流动阻力关系，因此只要把流动换热的准则关系式和相关佳远行参数。 22管束*佳运行参数的确定对于流体流过管束的流动换热的准则关系同的7范围其达式也不同。这里以雷诺数在1夂3办15的范围为例进了分析。 在此范围内，正角叉排翅片管束和光管束而介此范围内，流动肌力准则关系式则分别y=37.86LS，hr716=又因为卸之以及⑶以将以系式分，与前述的私准准则形式进行比较可以得出如下关系式。 7为参考温度，即环境温度；5为系统的熵产率；为系统的换热量为系统的热流密度为流体与管壁间的某个肀均温度。利用此式。并以损失率*小为目标函数，就可以得到使流动和换热性能俱佳的运厅参数。 要使流过翅片管束的流动和换热过程导致拥损失率*小，只能将式9求雷诺数的导数并令其为零，从而得到说山诺数作运行参数；的达式10彡中得出这就是流体流过两种正角形叉排管束时基于1损失率*小而出的闱记行参数数的达式。从中反映出它与管束的热流密度结构参数及物性参数之间的关系。在此参数下运行的管束能达到流动特征与换热性能之间的*佳配合。 23管束*佳运行参数随热流参数的变化为了显*佳运行参数的变化情况，这里以空气流过角形叉排的翅片管束和光管束为例来加以分析。设空气温度7= 300艮管壁温度7=351.并查相应的物性量值。将这些参数代入16式得到1式中2具有热流量平方的量纲，因而可以认为关系式所反映的是热流量与运行参数间，17这样的无量纲形式。其无量纲数明换热量与不叫逆的训能损火量之比。如果假设，=104贾2.位十么，2，的变化范625之1.热流与泌运行参数间的变化关系于3中。 Ifl3叫种排列管屯4值随设佳雷数的变化曲线从中可通着的减小*佳私+数值也相应减小。而且翅片管束的*佳值要远小于光管管束。这是因为翅片管束的阻力系数远大于光管管束的结果叩数的减小也就有相应的过程姻损失率的下降人参考文献的相关结果有理由认为，采用小管径紧排列与低流速是有效降低翅片管束和光管束单位传热量运行费用的有效途径。 24流体流过管束的综合性能评价这里仍然采用前面的算慨对空气流过两种不同管束情况进行分析，就可以得出在*佳流动参数1的*洼管排数的达式。即当设定，=104贾而管子外直径4的值在0. 0到。05在之间变化时谩佳管1数的变化显在4中。 在热流密度=04和*佳雷诺数条件下综合分析明，采用小管径较大有效翅化比和紧凑式的管排布置方式可以明显收到制造费用省运行花费低和换热性能良好的效果。利用上面设计。 陈维汉，孙毅。综合考虑传热，流动与投资的换热性能优化。华中理工大学学报，1996，2499102陈维汉。管内流动换热过程的性能综合分析。华中理陈维汉，孙毅。传热过程厢损失率方程及参数优化。 华中理大学学报，1996，24，叩1995陈维汉，周种流体流过管束传热的综合性能评价方法。化工装备技术，2003，2423540