【doc】直肋片最佳肋片厚度的理论关系式
直肋片最佳肋片厚度的理论关系式
.6.节能2000年第,期
文章鳙号:1O04一20唧3—0OO6—03立赫标识码A中围分龚号:TKl24
6,智
直肋片最佳肋片厚度的理论关系式
大连理工大学(大连II6024)沈胜强
11
摘要本文从追求整个肋壁最大特热量出发,
证明
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了肋片传热面最佳肋片厚度的存
在
将篓鲫肌弋12L}关键词换热器肋片最佳厚度岛2,n^ff.\rI
最5毫组
1前言特性的主要指标有肋片效率和效能系数m 壁面肋化是一种重要的强化传热方式,在 换热设备中得到广泛应用.它对扩展换热面积 和增强流体流动的湍流度有显着作用.无论对 单相流体对流换热,还是对相变对流换热都具 有很大价值.目前,无论是板式换热面还是管 式换热耐均采用肋片来扩展传热面积,提高 换热强度.
迄今为止,肋片最佳结构尺寸的研究已很 多E.R.GEckert等人研究了最小重量最大 传热量情况下单个矩形肋片的最佳肋片高度与 厂丁__
肋片厚度的比值为j=2.838/?}qD
E.Sch~dt等人研究了在绐定热流情况下. 确定肋片的晟佳形状而使其具有最小重量.文 献_31研究了圆形钢串片散热器在最小重量最
大传热量为目标确定出最佳环形肋片高度和间 距文献_41研究了热特性参数可变时环形肋 片的最优尺寸.在这些研究中,要么讨论肋片 表面的最佳间距,要么只研究单个肋片的最佳 尺寸.对考虑总肋片表面传热量最大,在一定 的翅片间距情况下最佳肋片厚度的研究甚少. 而这个问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
的研究更具有实际工程意义和理论 价值.
在目前应用的各种形状的肋片中,直肋片 仍是一种最基本的肋片结构.对肋片传热效果 构计算分析也往往基于直肋片
评价
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肋片传热 其定义分别为:
"=些室堑壅堡堕垫茎rl1
'假定整十肋片都处于IIb根温度时叻片传热量..
_置 m=圭堡焦垫
无肋时肋根面积的传热量
对于图1所示的矩形直肋,在忽略肋端的散热 时,由传热方程可得和m的表达式为: :—
th(
_
mI)(3)
Jnl
:
{盟^
式中.埘=,为肋表面的对流换热系
数;五是肋片材料的导热系数;U=2(口+)是 肋片横断面的周长;=?B是肋片的横断面 图l矩形直肋
2000年第J期节能?7?
积;f是肋片的高度,可用t+?来代替,以 减小由于忽略肋端散热而引起的误差;和日 分别为肋片的厚度和宽度
在评价肋化后的传热效果及选择肋片参数 时,更常使用的是肋片教能系数通过对 的表达式的分析,人们通常认为:减薄肋片虽 然会降低但m值增加.且考虑整个肋化表 面.肋片加厚势必减少单位长度内的肪片数 目,使肋化系数减小故在一般满足的条 件下,减薄肋片是有利的
在这里,考虑r/,实际上只考虑了肋片材料 的利用率它给人们的印象是,若只考虑传热 效果,则肋片愈薄愈好在肋片间隙?一定 时,真是肋片愈薄传热效果愈好吗? 实际上,这种观点只考虑了加肋后对肋根 面积上传热的强化,而未考虑对整个传热面的 强化,看到了局部而忽视了整体当肋片减薄 时,其肋根面积随之减小,其传热量占整个表 面传热量的比例也减小,即使其值提高, 也未必使整个表面的传热量增加
为了探索最大换热量时的最佳肋片结构参 数,本文对肋片表面的传热进行了分析,证明 了最佳肋片厚度的存在,并从理论上推导了最 佳肋片厚度的关系式
2最佳肋片厚度关系式的理论推导 按图2给出的肋片结构参数推导,推导基 于下列前提条件与假设:
(1)肋片问的间隙?与肋片厚度无关
?愈小,肋化比愈高,有利于强化传热.但过 小的问隙可能使流体在肋片表面的边界层相交 而使对流换热系数降低,反而不利于传热.因 此,?的确定应取对流换热系数不降低或不显 着降低的最小值.
(2)肋片表面的对流换热系数和无肋部 分管表面的对流换热系数0t.分别为常量 (3)肋片宽度B远远大于肋片厚度6. (4)忽略肋端的散热,或将肋高t用J+ 来代替
嘲2肋片表面
(5)肋片横截面上温度均匀分布肋片内 部只在肋高方向上温度梯度不为零 在上述条件下,通过对单个肋片传热的分 析,可得单肋片的散热表达式:
Q而丽血(?万2ct『)
-
呖山吾j)(5)
当肋间距:?+6时,单位长度上的肋片 数为N?,故单位长度的换热面的散热 量为:
.=蔫厨血c\/鲁)
0IB
?(6)
式中o一过余温度,
o1:一tr;
一
肋根处的温度;
卜周围流体的温度
由式(6)求散热量0对肋厚6的导数,得 =
等I?)一A+6d626?+6I,… (7)
?
8?节能2000年第3期
式中,117=?2.
令d=0,可得散热量Q取极值时肋厚 6关系式.当d6=0时,可得
?罟th(mi)=字'1
+th(mi)
式(8)即为确定最佳肋片厚度的关系式. 下面证明由式(8)得到的散热量Q的极值 为极大值.
由式(7)求散热量Q对肋厚的二阶导数 d6一
f层26(?+)2l,J,…
?2
?+
1
th(mi)一掣.
?+.26
层竿鲁?
—一
?)/旦.
ch2(m!).A,/
1ech(m1)l
将式(8)代人(9)中整理可得
d6一
l?丛26)+(?+)l,一
?_:?)/旦
26.A,/
th(mI)1
ch(m1)J(10)
对于高肋片,为简化计算,取f一..,可将 式(8)简化为
等=(12)??^,
当管表面的对流换热系数与肋片表面的对 流换热系数相等时,即?=.,式(12)进一步简 化为
南A26?手??,/^,
3结束语
本文从传热理论出发得出了直肋片最佳肋 片厚度的理论关系式(8),(12),(13).它表 明,对于一定的肋片材料和换热状态,存在一 个最佳肋片厚度,可使肋化表面的散热量达到 最大值,该厚度与材料的导热系数.肋片的高 度和肋间间隙及壁面与流体的换热系数有关. 该表达式可成为工程
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
中选取最佳肋片结构 的理论依据.
本文的推导结果证明了在肋壁传热量最大 情况下存在一个最佳肋片厚度.这个结果与众 多换热器和传热学教科书中的肋片愈薄换热效 果愈好的概念不同.提醒换热器设计人员勿将 适用于单个肋片的局部概念推广至整个肋化表 面.在满足本文给定的前提条件下,按本文提 出的关系式来确定肋片厚度,有助于进一步强
化壁面的传热.
参考文献
[1lE~G.Eck~l,R.M.Dr~Anal~is}叫舢-dM勰TmF 缸MeG~w-Hil1.1972.
Sc|?.ZD".h州1926.
【话志千.孙文策李雏仲日形锕申片戢热嚣自然对瘴换热 研究及肋片优化田太连理工太学.199l回.
扬翔翔.热特性参数可韭时双曲蛾型截面环肋惜热的最优 化尺寸.工程热物理.1988,(1)
同来聘冠换热器原理与计算【M1.清华大学出舨牡.19吕7 上式方括号中各项均大于零,因而有
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证明式(8)给出的是最佳肋片厚度的关系式.
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