来流温度速度不均匀时换热器能效的分析

来流温度速度不均匀时换热器能效的分析 . , o V 6 1 5 4 1 5 4 1 N 第 卷 第 期 工 程 热 物 理 学 报o v I J N A 人 1 4 1 9 9 4 1 1 J O R L F E N G IN E E R I N G T H E R IO P H Y S I C S N 9 9 年 月 流 温 度 度 不 均 时 来 速 匀 的 换 热 器 效 能 分 析 元 周 胡 森 泉 过 增 桅 林 李 志 信 1 4 0 008 〔 衍 青 华 大 学 程 力 学 系 北 京 摘 要 、 文 温 不 叉 温 不 本 得 出 厂 逆 流 换 热 器 来 流 度 分 布 均 匀 相 变 流 换 热 器 单 相 侧 来 流 度 分 布 不 均 匀 , ; 器 小 旅 州 因 影 响 换 热 效 能 的 结 沦 末 流 速 毯 分 布 均 匀 削 弱 J ’ 换 热 器 的 传 热 温 场 均 匀 r 愈 人 效 能 愈 , “ ” 流 和 变 义 高 即 换 热 器 温 嫂 场 均 匀 性 原 则 也 能 拓 详 来 流 速 度 分 布 不 均 匀 的 逆 相 流 换 热 器 的 热 。 分 析 , , 。 : 关 键 词 换 热 器 来 流 温 度 和 速 度 分 布 不 均 匀 温 差 场 均 匀 性 因 子 、 月 U 舀 一 , 的 器 流 度 和 度 是 不 匀 的 因 流 和 工 程 中 有 大 量 换 热 来 的 速 温 分 布 均 此 研 究 来 速 度 温。 ‘ 2 , C 工 lli 不 匀 影 响 实 际 商 ltJ 二 了 流 度 度 分 布 均 对 换 热 器 效 能 的 具 有 程 价 值 研 究 来 速叉 换 器 效 彩 果 明 流 度 不 了 温 度 分 布 不 均 匀 时 对 单 相 流 热 能 的 响 结 表 来 速 分 布 均 匀 削 弱 , ‘ ; ! 叉 器 温 下 不 流 么 流 换 热 的 传 热 在 来 流 平 均 度 相 同 的 条 件 同 的 来 温 度 分 布 的 组 合 要 。 “ ! 冈 么 弱 叉 过 元 流 匀 叉 增 强 要 削 流 换 热 器 的 传 热 增 在 研 究 来 温 度 分 布 不 均 对 单 相 流 “ ’ , 。 “ [a] 影 差 器 温 换 热 器 效 能 响 时 发 现 了 温 场 愈 均 匀 换 热 效 能 愈 高 的 规 律 杨 善 让 等 将 ” , 则 用 于 压 汽 器 出 汽 面 积 差 场 均 匀 性 原 应 多 背 凝 的 性 能 分 析 求 了 多 背 压 凝 器 换 热 的 级 。 配 间 最 佳 分 , 本 文 究 流 度 及 温 度 布 不 均 匀 对 流 和 叉 流 热 的 影 响 推 导 出 研 来 速 分 逆 相 变 换 器 效 能 ’ , 川 了 流 温 不 器 效 用 了 流 不 来 度 分 布 均 寸 换 热 能 的 数 学 表 达 式 数 值 解 考 察 来 速 度 分 布 均 ’: ! 己 匀 流 和 变 灯 花 热 器 效 影 响 r 当 沙 短 不 匀 温 均 匀 对 逆 相 能 的 并 分 析 来 流 分 布 均 时 差 场 。 又 「 弓 子 对 流 和 相 变 流 热 器 效 影 性 逆 换 能 的 响 、 二 流 温 度 不 均 匀 器 效 能 的 式 来 分 布 时 换 热 解 析 , 1 2 如 图 和 示 流 和 叉 流 不 匀 对 所 的 逆 相 变 换 热 器 研 究 来 流 温 度 分 布 均 时 换 热 器 效 。 日 的 变 分 的 流 进 度 叉 流 器 只 能 化 析 条 件 是 冷 热 沐 温 的 平 均 值 为 常 数 相 变 换 热 考 虑 单 , : 相 侧 温 度 布 不 均 匀 的 况 即 来 流 分 情二 ” 二 卜/ , 灭 之 口 夕 1 L d 奋 / 饰 ‘ 1 9 9 4 ! 二 ! 广 月 在 召 卜 国 程 会 宇 术 议 上 宣 文 于 大 连 的 卜 热 物 理 学 传 热 传 分 读 本 钟L 程 热 物 理 学 报 1 5 卷es I l 卜 尸 口卜J 卜 | | rrr 国 XXXXX 已口 ‘‘ 行行 卜卜 ///////////////// / / / /// / ///// ! ! ! ! ! 一一 一 叫口口口口口口口口口口 LLLLLLLLLLLLL 户户户户户户 , 飞 〔 了 1 2 图 来 流 温 度 分 布 不 均 匀 时 的 逆 流 换 热 器 图 来 流 温 度 分 布 不 均 匀 时 的 相 变 叉 流 换 热 器 : ; ; 1 2 3 了 如 在 分 析 析 中 我 们 作 下 假 设 稳 定 流 动 忽 略 冷 热 流 体 的 轴 向 导 热 在。 ; 4 于 流 动 垂 直 冷 热 体 流 方 向 上 无 混 合 常 物 性 , L 于 流 匀 以 由 来 速 度 分 布 均 所 微 元 换 热 器 甸 上 的 热 容 量 流 为 a x e ; m , 己 二 己 , 己 ; 11 ; , m 。 e ; 1 心 d 二 巡 2 二 坚 产 粤 环 F F 微 元 换 热 器 的 传 热 单 元 数 为 U L d 夕 T 二 3 N 叽 n i m 己 今 。 。 T 出 流 比 和 N 于 由 上 述 两 式 可 得 微 元 换 热 器 的 热 容 量 传 热 单 元 数 叽 等 整 个 换 C , 。 N T U 夕 流 比 和 以 因 热 器 的 热 容 量 二 传 热 单 元 数 所 微 元 换 热 器 的 效 能 不 随 而 变 此 来 : 度 不 流 温 分 布 均 匀 时 逆 流 换 热 器 的 效 能 为 n e p i m m , , : , 一 艺111 T 0 万 L 夕w 、 1 一 [ ] 一 ‘ 二 Q 丁 m / ‘ , , “ W n 、 ‘ e ; i 一 m T 万 关 。 一 , , 乞 * e x 一 ! 一 一 一 一 : 。 , ‘ , “ , “ , 1 p T U 1 w w ‘ 了 N / , ! 」 C 二 e x 斋 命 一 一 一 l e p T U l 关 关 N 【 C e x 一 一 一 l p T U l N ! C l 4 二 二 e x 一 p 一 一 i c T U 1 C N [ ] 。 不 匀 不 影 以 即 来 流 温 度 分 布 均 响 逆 流 换 热 器 的 效 能 类 似 地 可 证 明 单 相 侧 来 流 温 度 。 匀 影 叉 只 分 布 不 均 也 不 响 相 变 流 换 热 器 的 效 能 对 单 相 叉 流 换 热 器 而 言 要 两 侧 流 体 中 有 , 生 不 一 侧 来 流 温 度 分 布 发 变 化 其 效 能 就 发 生 变 化 而 此 时 逆 流 换 热 器 的 效 能 受 来 流 温 度 , , : 影 分 布 变 化 的 响 就 其 物 理 本 质 是 此 时 的 逆 流 换 热 器 相 当 于 多 个 逆 流 换 热 器 的 并 联 , 口 因 并 联 时 的 单 个 逆 流 换 热 器 的 效 能 与 冷 热 流 体 进 温 度 差 值 成 线 性 关 系 此 来 流 温 度 分 。 , 影 流 又 流 流 布 的 变 化 不 响 逆 换 热 器 的 效 能 而 相 变 换 热 器 是 逆 换 热 器 的 一 个 特 例 故 能 。 出 同 的 得 样 结 论 、 三 来 流 速 度 分 布 不 均 匀 时 热 器 能 的 数 换 效 值 解, : 1 h ~ v 还 了 如 设 流 流 的 正 在 计 算 中 我 们 作 下 假 体 的 换 热 系 数 与 体 流 速 成 变 气, 。 2 内 围 无 热 源 忽 略 换 热 器 与 周 环 境 的 热 交 换: 4 期 周 森 泉 等 来 流 温 度 速 度 不 均 匀 时 换 热 器 效 能 的 分 析 : 逆 流 换 热 器 的 传 热 控 制 方 程 为 , , , 二 。 x 己 0 , 一 : , 己 d d m 、 吼 里 且 丝 尸 华 产 华 一 X 劣 口 口 、 , , x t , a , , , x 二 二 x 一 , , ‘ , , , U T d d p 一 5 c a - 一 a x 一 为 一 又 气 军 一 【 〕 m X 口 : 相 变 叉 流 换 热 器 的 传 热 控 制 方 程 为 , , , 二 二 二 x 一 ‘ , : , , 0 , d 。 d 己 d 。 ! l 吼 Z 6 塑 一 毕 X 口 , 问 了 约 讨 论 的 条 件 除 l 式 所 表 示 的 束 条 件 外 还 有 冷 热 流 体 来 流 速 度 分 布 不 均 , : 匀 但 其 平 均 值 为 常 数 即 , ,? , , V 。 , , - w d W “ ‘ , 一 7 命 命 关 关 、 二 劝 因 因 定 义 来 流 速 度 分 布 不 均 匀 性 因 子 换 热 器 效 能 修 正 子 和 换 热 器 温 差 场 均 匀 性 子 : 蚕 为. 、 _ _ _ 1 Iw ~ T x 丝 卫 0 旦 望 1 % , 鱼 1 0 五 二 二 x V 一 0 , V d , l o o 劝 % 1 I l O u n V J i 洲 ~ , , x x x 一 , : , , T d 己 ] fol jow 8 尸 , , x 二 2 x , : T , 一 ; 汉 汉 , w 【 ] fou f0 l 、 , 取 逆 流 换 热 器 来 流 温 度 分 布 均 匀 来 流 速 度 不 均 匀 的 情 况 进 行 数 值 计 算 计 算 结 果 。 , T 3 3 少 以 示 于 图 由 图 可 看 出 随 的 变 化 为 正 值 即 来 流 速 度 分 布 不 均 匀 对 逆 换 热 器 的 , , ; 二 少 传 热 起 恶 化 作 用 愈 大 愈 大 即 由 于 来 流 速 度 分 布 不 均 匀 所 带 来 的 传 热 恶 化 作 用。 , , , 〔 二 T 30 2 1 少 U N 比 愈 强 烈 图 3 a 为 当 传 热 单 元 数 热 容 量 流 1 00 ] 时 随 变 化 的 曲 C, , , 1 0 图 以 同 劝 比 于 线 从 中 可 看 出 在 相 的 情 况 下 热 容 量 流 愈 接 近 由 来 流 速 度 分 布 不 均 。 。 , 〔 1 0 T 1 0 5 U 比 N 匀 所 带 来 的 传 热 恶 化 愈 强 烈 图 3 b 为 热 容 量 流 在 传 热 单 元 数 【 0 ] C , , , 二 少 少 T U 图 以 出 同 N 于 时 随 变 化 的 曲 线 从 中 可 看 在 相 的 下 传 热 单 元 数 愈 大 由 。 匀 来 流 速 度 不 均 所 带 来 的 传 热 恶 化 愈 强 烈. , 认 O 5 0 3 0 C N T U N T U, 1 0 C : 育 湘阎川 川4 02 0“ 2攀 或 扮 l ~ 曰. d面 日 乏 匕 二 二 二 es 丫 O 釜 es , 扣 2 0 〕 3 口 0 40 U 0 0 0 10 U 2 〔 C 3 0 4 0 O 03 与 1J 05 , 甲 犷 口 t d ‘ D J 3 图 逆 流 换 热 器 效 能 修 正 因 子 随 来 流 速 度 不 均 匀 性 因 r 变 化 的 曲 线程 热 物 理 学 报 场 卷 , 。 T 二 4 币 少 图 流 速 时 随 的 图 随 为 来 度 分 布 为 线 性 分 布 变 化 变 化 曲 线 由 可 看 出, , 。 , T u 3 。 器 差 匀 器 图 当 N 增 大 而 减 小 即 换 热 温 场 愈 均 逆 流 换 热 的 效 率 愈 高 4 a 为. , , , , T 丁 04 1 毋 必 已 曲 从 以 出 0 ] 随 变 化 的 线 图 中 可 看 在 相 同 的 条 件 下 随 的 增 钊 C r , , 即 当 不 匀 时 达 到 同 的 差 匀 程 度 大 而 增 大 来 流 速 度 均 相 温 场 均 逆 流 换 热 器 的 传 热 恶 化 。 、 , , 任 二 二 1 0 T U 1 0 5少 N 比 而 C 率 随 热 容 量 流 的 增 大 增 大 图 4 I 为 当 1 时 随 变 化 0 ] , , 的 曲 线 从 图 中 可 看 出 当 来 流 速 度 分 布 变 化 时 较 小 的 传 热 单 元 数 对 应 较 高 的 温 差 场 均 。 , , : 因 意 义 流 匀 性 子 它 们 的 物 理 是 当 传 热 单 元 数 较 小 时 冷 热 体 的 温 度 变 化 也 就 较 小 , 器 内 流 比 而 当 来 流 速 度 分 布 变 化 时 换 热 对 冷 热 体 温 度 分 布 所 带 来 的 变 化 也 较 小 从 温 差 , , , T U 匀 即 当 到 同 均 匀 N 因 流 场 均 性 就 较 好 也 达 相 的 温 差 场 程 度 时 愈 大 来 速 度 分 布 。 恶 当 流 和 不 均 匀 所 引 起 的 传 热 化 愈 小 来 速 度 为 抛 物 线 三 角 形 分 布 变 化 时 得 出 的 结 论 与 。 4 图 示 所 的 相 同 且‘ 划 、 比C h 门 日 O0 84 , ‘ 1 硬 夕 口 针 了 厂 j , 85 8 了 仁 89 9 日 3 9 5 9 一 一 口 t 85 0 8 7 8 日 0 9 1 0 9 3 9 5 日 了 9 9 必 必 a 4 一一一 正 图 逆 流 换 热 器 效 能 修 因 r 随 温 差 场 火火火均 匀 性 因 子 变 化 的 曲 线 - - 厂 - -- - -- -- - -- - - 一 - 一 6 0 一 ? 5 叉 正 因 图 为 相 变 流 换 热 器 效 能 修 ? 子 随 相 度 不 匀 因 子 单 侧 来 流 速 分 布 均 性 ? 4 0 , 卜 变 的 图 可 出 流 不 化 曲 线 由 看 来 速 度 分 布 3 O , , T u O 均 匀 万 大 恶 恶 化 换 热 器 的 传 热 越 O 。 一一一一1 O 强 列 出 了 相 叉 流 器 化 越 烈 表 变 换 热 n , O 匕 ‘ 产. 二 卜 T U 1 口 效 能 正 因 来 流 不 匀 修 子 随 速 度 分 布 均 性l 1 1 一 一 」 , _ 因 及 差 场 匀 因 子 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 子 温 均 性 的 变 化 从 表 中 O 0 W , 温 差 因 恶 可 看 出 场 均 匀 性 子 越 大 传 热 化 5 叉 正 图 相 变 流 换 热 器 效 能 修 因 广 随 来 流 , 。 弱 越 也 即 换 热 器 的 效 能 越 大 速 度 分 布 不 均 匀 性 因 广 变 化 的 曲 线 1 叉 表 相 变 流 换 热 器 效 能 修 正 因 子 随 来 流 速 度 不 均 匀 性 因 子 及 温 差 场 均 匀 性 因 子 的 变 化了了了 0 0000 0 4 魂 444 0 9 1444 1 4 ] 222 1 9 3 999 2 4 9 666 3 08666 t. 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