換熱設(shè)備綜合評價(jià)指標(biāo)及研究進(jìn)展

1、中國工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文編號(hào)：113599換熱設(shè)備綜合評價(jià)指標(biāo)的研究進(jìn)展 基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(No.U0934005); 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究資助項(xiàng)目(973)(No. 2011CB710702；2007CB206902)。何雅玲，陶文銓，王煜，樊菊芳(西安交通大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西，西安，710049)(Tel:-mail: yalinghe)摘 要 本文對換熱設(shè)備評價(jià)指標(biāo)的研究進(jìn)展做了回顧與綜述。強(qiáng)化換熱技術(shù)大大提高了換熱設(shè)備的換熱性能，但同時(shí)也因?yàn)樽枇Φ脑黾佣斐闪四茉吹南暮徒?jīng)濟(jì)效益的下

2、降。綜合評價(jià)指標(biāo)是用于評價(jià)常用及新型換熱設(shè)備換熱綜合性能的重要方法。本文在綜合分析了之前常用性能評價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，以工程實(shí)際中的翅片優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，研究了傳統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)的特性，提出了新型性能評價(jià)圖及性能比較圖等綜合性能評價(jià)指標(biāo)圖，又在此基礎(chǔ)上嘗試了分區(qū)性能評價(jià)指標(biāo)和局部綜合性能評價(jià)的方法。通過大量的工程應(yīng)用及數(shù)值研究，新型性能評價(jià)方法相比常見的性能評價(jià)指標(biāo)有更好的實(shí)用性及通用性。并且還能為設(shè)計(jì)者提供更清晰的物理意義，為改進(jìn)和優(yōu)化提供指導(dǎo)。關(guān)鍵詞 評價(jià)指標(biāo)；換熱器；數(shù)值模擬；強(qiáng)化換熱；節(jié)能1. 換熱設(shè)備性能評價(jià)常規(guī)指標(biāo)綜述換熱器廣泛應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域，將熱量從一種流體傳輸?shù)搅硪环N流體。例如鍋爐換熱器

3、，煙氣余熱換熱器，氣體冷卻器，空調(diào)蒸發(fā)器和冷凝器，化工設(shè)備換熱器等。為了降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，在工程應(yīng)用中使用高效換熱設(shè)備越來越受到人們的關(guān)注。常用換熱器的總熱阻可以分為以下3個(gè)部分：管內(nèi)流體與管內(nèi)壁的對流換熱熱阻，管子的導(dǎo)熱熱阻，以及管外流體與管外壁的對流換熱熱阻。流體的對流換熱熱阻由于受到流體物理性質(zhì)和流速的制約，一般都在總熱阻中占較大比例。所以，使用強(qiáng)化換熱翅片和強(qiáng)化換熱管是提高換熱器整體性能最有效的方法。換熱器的性能不僅包括熱工(傳熱與阻力)性能，在工程應(yīng)用當(dāng)中綜合評價(jià)指標(biāo)還應(yīng)該考慮很多因素，包括經(jīng)濟(jì)性、可行性、可靠性、安全性、等等1。但由于其它性能通常缺少嚴(yán)格的量化指標(biāo)，因此在實(shí)際

4、應(yīng)用中，要建立一種普遍適用的評價(jià)準(zhǔn)則是非常困難的2?，F(xiàn)有的評價(jià)準(zhǔn)則主要是以熱工性能為基準(zhǔn)。研究強(qiáng)化換熱的目的可以分為以下4個(gè)方面3：(1)提高熱流量；(2)降低進(jìn)出口溫差；(3)降低換熱面積；(4)降低泵功率。如何評價(jià)強(qiáng)化傳熱技術(shù)的性能，不同的強(qiáng)化目標(biāo)有不同的評價(jià)方法，目前文獻(xiàn)中已經(jīng)有數(shù)10種方法，可以將其分為兩類：基于熱力學(xué)第一定律的評價(jià)方法和基于熱力學(xué)第二定律的評價(jià)方法。1.1 基于熱力學(xué)第一定律的性能評價(jià)1972年，Webb和Eckert4為了比較在相同管徑條件下，換熱器中使用粗糙圓管與使用光滑圓管的性能優(yōu)勢。提出了以換熱量、功耗和體積三個(gè)變量來評價(jià)換熱性能，當(dāng)對某一指標(biāo)(或變量)比較時(shí)

5、，其他兩個(gè)指標(biāo)保持不變，通過方程推導(dǎo)可獲得比較指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)。據(jù)作者所知，這是第一篇針對強(qiáng)化換熱技術(shù)提出評價(jià)指標(biāo)的文章。1974年，Bergles5提出了一種通過使用St數(shù)和阻力f因子來評價(jià)強(qiáng)化管性能的方法。1981年，Webb6在Bergles在之前工作的基礎(chǔ)上建立了針對管內(nèi)單相流體對流換熱的性能評價(jià)方法，分別對應(yīng)于減少換熱器的材料、增加換熱量、減少對數(shù)溫差和減小功耗四種不同目的設(shè)計(jì)情況，并得到了廣泛的應(yīng)用7-10。在此之后，大量的評價(jià)方法被相繼提出。在文獻(xiàn)2-3中，針對單相流體換熱提出了12種組合的評價(jià)方法。同時(shí)，針對某些具體問題還出現(xiàn)了其它一些評價(jià)準(zhǔn)則，包括：僅考慮傳熱性能的評價(jià)方法11

6、；在一種流體中與換熱系數(shù)和耗散能相關(guān)的評價(jià)準(zhǔn)則12-13；在平直翅片管表面使用的質(zhì)量因子14-15；換熱j因子與阻力f因子性能評價(jià)準(zhǔn)則16；在等泵功和等壓降約束條件下的評價(jià)準(zhǔn)則17-23。1.2 基于熱力學(xué)第二定律的性能評價(jià)前面介紹的評價(jià)方法僅考慮了熱量傳遞的數(shù)量而沒有考慮熱量傳遞過程中質(zhì)量的變化。更為合理的評價(jià)方法應(yīng)該同時(shí)考慮熱量傳遞的數(shù)量、質(zhì)量和流阻三方面的因素。因而，一些學(xué)者嘗試通過以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的評價(jià)方法。由于溫差傳熱和流動(dòng)損失的存在造成傳熱過程和流動(dòng)過程都是不可逆過程，可以通過熵增來分析其損失情況。Bejan24-26及其合作者提出了熵產(chǎn)分析評價(jià)方法。Chen和Huang27

7、-28通過推導(dǎo)分別獲得了換熱器熵產(chǎn)及最佳運(yùn)行Re數(shù)的計(jì)算公式，并基于FG(Fixed geometry)評價(jià)方法6分析了給定結(jié)構(gòu)下，定流量和定壓降時(shí)強(qiáng)化表面的熵產(chǎn)率，并以最小熵產(chǎn)率為目標(biāo)獲得最優(yōu)強(qiáng)化過程。Zimparov和Vulchanov29基于不同約束條件下的熱力學(xué)第一定律評價(jià)方法，通過熵產(chǎn)理論分別給出了強(qiáng)化翅片的性能評價(jià)方法，并對不同約束條件下螺旋波紋管的性能進(jìn)行了比較分析。強(qiáng)化裝置的使用通常又會(huì)使得因溫差傳熱而產(chǎn)生的損失減少，因摩擦產(chǎn)生的損失增加，Prasad和Shen30-31通過無量綱損失函數(shù)給出了基于分析的性能評價(jià)方法，并對線圈插入物強(qiáng)化管進(jìn)行了性能評價(jià)。特別值得注意的是，我國學(xué)

8、者過增元在2007年提出了表征物體傳遞熱量能力的新物理量火積(entransy)32,并且指出，Bejan等學(xué)者所提出的基于熵產(chǎn)概念的評價(jià)方法適合于熱量傳遞過程用于熱工轉(zhuǎn)換的情形，而對于以加熱或者冷卻物體為目的的傳遞過程的不可逆性應(yīng)當(dāng)采用火積來評價(jià)33-35。這一熱學(xué)新概念的引入對強(qiáng)化傳熱技術(shù)評價(jià)的研究會(huì)向更加深入和理論基礎(chǔ)更加堅(jiān)實(shí)的方向發(fā)展。1.3 等流量、等壓降和等泵功約束條件下的性能評價(jià)之前大量學(xué)者已經(jīng)提出了很多新型換熱器來提高換熱性能，但絕大多數(shù)都會(huì)造成壓降阻力有很大的增加36-37。一般情況下，壓降阻力增加的比率通常大于傳熱增強(qiáng)的比例。例如，一種在緊湊式換熱器中非常有效的開縫翅片，與

9、平直翅片相比換熱j因子的提高比率僅有阻力f因子的80%38。因此，隨著強(qiáng)化換熱技術(shù)的不斷發(fā)展，如何評價(jià)一種強(qiáng)化換熱設(shè)備的綜合效果成為不可忽視的問題。不同強(qiáng)化換熱表面之間綜合性能定性的比較是強(qiáng)化換熱技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要的方面。隨著全球能源短缺危機(jī)的加劇，以節(jié)能為目的的強(qiáng)化傳熱技術(shù)已經(jīng)成為了發(fā)展的關(guān)鍵，并且吸引了越來越多國際傳熱領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注。從這方面來說，建立在強(qiáng)化表面和原有(或基準(zhǔn))表面(或結(jié)構(gòu))比較基礎(chǔ)上的等流量、等壓降和等泵功約束條件下的性能評價(jià)方法更符合節(jié)能及工程應(yīng)用的要求。下面簡述三種約束條件下強(qiáng)化傳熱技術(shù)評價(jià)方法的大致發(fā)展經(jīng)歷。在早期的性能評價(jià)中，考慮到換熱量和換熱系數(shù)通常成正比，提出

10、了以換熱系數(shù)是否提高或提高多少作為評價(jià)指標(biāo)，即以h/h0之比作為評價(jià)指標(biāo)。之后又提出使用無量綱努塞爾數(shù)的變化作為評價(jià)指標(biāo)，即以Nu/Nu0之比作為評價(jià)指標(biāo)。隨后更多的學(xué)者發(fā)現(xiàn)伴隨著換熱強(qiáng)化阻力系數(shù)也迅速增加，便提出以(Nu/Nu0)/(f/f0)是否大于1來評價(jià)強(qiáng)化技術(shù)，但很快又發(fā)現(xiàn)大多數(shù)強(qiáng)化技術(shù)都難以滿足這一要求。為了能夠滿足工程應(yīng)用的要求，根據(jù)多數(shù)情況下壓降和速度的平方成正比的特點(diǎn)，推導(dǎo)出以(Nu/Nu0)/(f/f0)1/2為基準(zhǔn)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其值大于1表示在相同壓降下強(qiáng)化表面相對于基準(zhǔn)表面能傳遞更多的熱量。隨后又發(fā)現(xiàn)雖然某些強(qiáng)化技術(shù)無法滿足相同壓降下的換熱強(qiáng)化，但在相同功耗下?lián)Q熱似乎也能

11、得到強(qiáng)化，因此又根據(jù)功耗和速度的三次方成正比的關(guān)系，推導(dǎo)出等泵功下的評價(jià)方法，即以(Nu/Nu0)/(f/f0)1/3是否大于1為評價(jià)準(zhǔn)則，其值大于1表示在相同泵功下強(qiáng)化表面能傳遞更多的熱量。文獻(xiàn)中將上述三種評價(jià)方法依次稱為等流量約束條件下的評價(jià)方法，等壓降約束條件下的評價(jià)方法和等泵功約束條件下的評價(jià)方法。三種方法根據(jù)各自的特點(diǎn)可應(yīng)用于不同的場合。另一方面，將不同強(qiáng)化換熱技術(shù)的性能以圖形的方式描述，由于其直觀清晰，在學(xué)術(shù)研究及工程應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。常用的性能評價(jià)圖有單位泵功率或單位壓降下的換熱量隨雷諾數(shù)的變化圖，換熱系數(shù)或努塞爾數(shù)隨雷諾數(shù)的變化圖，換熱j因子與阻力f因子綜合性能隨雷諾數(shù)的變化圖

12、39-46。在眾多常用的性能評價(jià)圖中，還沒有可以直觀的用于預(yù)測換熱能力在相同泵功率或相同壓降下是否提高的評價(jià)方法。本文在本課題組研究工作的基礎(chǔ)上，對換熱設(shè)備評價(jià)指標(biāo)的發(fā)展和應(yīng)用做一回顧與綜述。并提出以節(jié)能為目的的改進(jìn)型評價(jià)指標(biāo)圖：(1)采用強(qiáng)化換熱技術(shù)后的換熱器與原始結(jié)構(gòu)的換熱器之間比較；(2)采用不同強(qiáng)化換熱技術(shù)的換熱器之間比較。對未來進(jìn)一步改善傳熱強(qiáng)化技術(shù)研究方面做出貢獻(xiàn)。2. 換熱流動(dòng)綜合評價(jià)指標(biāo)在工程應(yīng)用中，一般情況下強(qiáng)化對流換熱的措施在使流動(dòng)換熱增強(qiáng)的同時(shí)，阻力也相應(yīng)增大。為了綜合考慮換熱和阻力特性，本文以工程實(shí)際中新型翅片的設(shè)計(jì)和開發(fā)為例，對平直翅片、百葉窗翅片和開縫翅片進(jìn)行了數(shù)值

13、計(jì)算，并比較它們的流動(dòng)換熱綜合性能。百葉窗翅片和開縫翅片如圖1和圖2所示。在本文之后的計(jì)算及評價(jià)中，均使用圖1和圖2所示的百葉窗翅片和開縫翅片的計(jì)算結(jié)果。圖1 百葉窗翅片結(jié)構(gòu)示意圖圖2 開縫翅片結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)三種翅片的計(jì)算結(jié)果，分別采用j/f，j/f1/2和j/f1/3作為綜合性能的評價(jià)指標(biāo)，其中(1)(2)強(qiáng)化換熱的目標(biāo)不僅僅要使其換熱增強(qiáng)，而且要使其阻力增加較小，其綜合性能越高越好。采用j/f作為綜合性能評價(jià)指標(biāo)，其意義在于判斷通過使用強(qiáng)化換熱技術(shù)后，相同流量下?lián)Q熱能力的增加是否大于阻力的增加。采用j/f1/2作為綜合性能評價(jià)指標(biāo)，是根據(jù)多數(shù)情況下壓降和速度的平方成正比的特點(diǎn)，定性的判斷在

14、相同壓降條件下?lián)Q熱能力的增加是否大于阻力的增加。而采用j/f1/3作為綜合性能評價(jià)指標(biāo)，是根據(jù)功耗和速度的三次方成正比的關(guān)系，定性的判斷在相同泵功條件下?lián)Q熱能力的增加是否大于阻力的增加。計(jì)算結(jié)果如圖3到圖5所示。圖3 綜合性能評價(jià)j/f隨速度v變化圖圖4 綜合性能評價(jià)j/f1/2隨速度v變化圖圖5 綜合性能評價(jià)j/f1/3隨速度v變化圖從圖3可以看出，在流體速度從0.53.0m/s變化時(shí)，百葉窗翅片和開縫翅片相比平直翅片的換熱能力的增加小于阻力的增加。另外還可以看出，j/f綜合性能評價(jià)指標(biāo)隨著速度的增大先增大之后下降。根據(jù)分析，這種現(xiàn)象是當(dāng)流體流過百葉窗翅片和開縫翅片時(shí)，隨著速度的增大，阻力的

15、增加速度大于換熱能力的增大速度，所以存在百葉窗翅片和開縫翅片的最佳流速。圖4表示百葉窗翅片和開縫翅片的j/f1/2綜合性能評價(jià)指標(biāo)隨流速的變化?？梢钥闯?，當(dāng)流速大于0.75m/s時(shí)，百葉窗翅片和開縫翅片在相同壓降條件下的換熱能力優(yōu)于平直翅片。圖5表示百葉窗翅片和開縫翅片的j/f1/3綜合性能評價(jià)指標(biāo)隨流速的變化。在圖中可以看出，百葉窗翅片和開縫翅片在所研究的速度范圍內(nèi)，相同泵功條件下的換熱能力均優(yōu)于平直翅片。3. 綜合性能評價(jià)分區(qū)圖與原有(或基準(zhǔn))表面(或結(jié)構(gòu))相比，采用換熱強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行換熱強(qiáng)化的同時(shí)通常會(huì)伴隨著阻力的增加，并且阻力增加的比例經(jīng)常大于換熱增加的比例，因此評價(jià)換熱強(qiáng)化技術(shù)的綜合效

16、果具有重要的意義。現(xiàn)有的評價(jià)圖基本上都無法定量的判斷強(qiáng)化換熱技術(shù)是否節(jié)能，也無法獲得等泵功約束下和等壓降約束下的換熱量是否增加，以及增加多少。本文提出以節(jié)能為目標(biāo)的強(qiáng)化換熱技術(shù)性能評價(jià)圖。性能評價(jià)圖就是將強(qiáng)化結(jié)構(gòu)和基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的換熱特性和流動(dòng)特性進(jìn)行比較。根據(jù)Marner及其合作者47的研究，通常采用平行平板通道和光管分別作為管外翅片和管內(nèi)強(qiáng)化換熱技術(shù)的比較基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)和基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)除了強(qiáng)化部分之外其余的基本參數(shù)都相同。為便于比較，我們在進(jìn)行性能評價(jià)時(shí)做如下假定：(1)流體熱物性為常數(shù)3；(2)在計(jì)算強(qiáng)化傳熱表面的對流換熱系數(shù)時(shí)，采用基準(zhǔn)表面的換熱面積作為計(jì)算面積3；(3)在計(jì)算強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的流體平

17、均速度時(shí)，其橫截面面積與基準(zhǔn)表面相同；(4)計(jì)算無量綱參數(shù)時(shí)，強(qiáng)化表面與基準(zhǔn)表面的特征尺寸相同。在實(shí)際工程應(yīng)用中，絕大多數(shù)強(qiáng)化換熱技術(shù)和數(shù)據(jù)整理方法都滿足這些假定，而且，只有基于上述假定對強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面進(jìn)行性能比較才是有意義的。通過試驗(yàn)或數(shù)值研究，可以得到強(qiáng)化表面與基準(zhǔn)表面的換熱量和壓降增加的比例，并且基準(zhǔn)表面的摩擦系數(shù)和換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式是已知的。此時(shí)，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以將兩種結(jié)構(gòu)的綜合性能清晰的通過圖形表示出來，構(gòu)建滿足上述要求的性能評價(jià)圖。假定基準(zhǔn)表面的平均摩擦系數(shù)和努塞爾數(shù)的關(guān)聯(lián)式能夠擬合如下所示(3)(4)在相同雷諾數(shù)下，強(qiáng)化表面的努塞爾數(shù)和阻力f因子相比基準(zhǔn)表面增加的比例可以表示為

18、(5)(6)其中，角標(biāo)Re表示上述比例中的努塞爾數(shù)和阻力f因子，都是在相同雷諾數(shù)條件下獲得的。在不同雷諾數(shù)下，強(qiáng)化表面的努塞爾數(shù)和阻力f因子相比基準(zhǔn)表面增加的比例可以表示為(7)(8)將公式(3)中的f0(Re)代入公式(5)，在雷諾數(shù)Re下強(qiáng)化表面的阻力f因子為(9)為了獲取在不同雷諾數(shù)下，強(qiáng)化表面的阻力f因子相比基準(zhǔn)表面增加的比例。將公式(3)中的f0(Re)代入公式(7)中的f0(Re0)，將公式(9)中的fe(Re)代入公式(7)可得(10)同樣的，將公式(4)中的Nu0(Re)代入公式(6)，在雷諾數(shù)Re下強(qiáng)化表面的努塞爾數(shù)為(11)為了獲取在不同雷諾數(shù)下，強(qiáng)化表面的努塞爾數(shù)相比基準(zhǔn)

19、表面增加的比例。將公式(4)中的Nu0(Re)代入公式(8)中的Nu0(Re0)，將公式(11)中的Nue(Re)代入公式(8)可得(12)公式(10)和(12)是構(gòu)建性能評價(jià)圖的基本公式。這兩個(gè)公式標(biāo)明，只要獲得基準(zhǔn)表面的關(guān)聯(lián)式和相同雷諾數(shù)下的強(qiáng)化表面與基準(zhǔn)表面的摩擦系數(shù)和努塞爾數(shù)之比，那么不同雷諾數(shù)下的兩種比值即可計(jì)算出來。在工程應(yīng)用中，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的性能評價(jià)里傳熱量之比具有重要的意義，三種約束條件下傳熱量之比的表達(dá)式推導(dǎo)如下。按照壓降和泵功的定義1, 17，強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面的泵功之比如下：(13)根據(jù)之前所做的假定，可以得到(14)將公式(14)代入公式(13)，可得到泵功之比為(15)根

20、據(jù)換熱量的定義，強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面的換熱量之比如下：(16)根據(jù)之前所做的假定，可以得到(17)將公式(14)代入公式(13)，可得到換熱量之比為(18)需要說明的是，為了對兩種表面進(jìn)行評價(jià)，在比較兩種表面的換熱量之比時(shí)假定兩種情況下傳熱溫差相等是合理的。公式(18)就是在除了前面四個(gè)假定之外又基于上述考慮而獲得的。從公式(15)可以看出，在相同泵功條件時(shí)，不同雷諾數(shù)下強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面的阻力f因子之比為(19)將公式(19)代入公式(10)，可以得到相同泵功下兩種表面對應(yīng)的雷諾數(shù)之比(20)另外，將公式(20)代入公式(12)，可以得到在相同泵功條件下強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面努塞爾數(shù)增大的比例(2

21、1)根據(jù)公式(18)和公式(21)可得(22)公式(22)表示在消耗驅(qū)動(dòng)換熱介質(zhì)相同的泵功時(shí)的換熱量之比。當(dāng)這個(gè)換熱量的比值大于1時(shí)，標(biāo)明在此約束條件下強(qiáng)化表面可以真正的強(qiáng)化換熱。同樣的，可以獲得在等壓降約束條件換熱量之比。根據(jù)壓降計(jì)算公式，可得強(qiáng)化表面與基準(zhǔn)表面的壓降比如下(23)根據(jù)之前所做的假定，可以得到(24)將公式(24)代入公式(23)，強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面的壓降之比為(25)從公式(25)可以看出，在相同壓降條件時(shí)，不同雷諾數(shù)下強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面的阻力f因子之比為(26)將公式(26)代入公式(10)，可以得到相同壓降下兩種表面對應(yīng)的雷諾數(shù)之比(27)另外，將公式(27)代入公式(

22、12)，可以得到在相同壓降條件下強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面努塞爾數(shù)增大的比例(28)將公式(28)代入公式(18)可得(29)公式(29)表示在消耗驅(qū)動(dòng)換熱介質(zhì)相同的壓降時(shí)的換熱量之比。當(dāng)這個(gè)換熱量的比值大于1時(shí)，標(biāo)明在此約束條件下強(qiáng)化表面可以真正的強(qiáng)化換熱。對于等流量約束條件，強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面的換熱強(qiáng)化比能夠從公式(18)中類推出(30)在對強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面的換熱和摩擦特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或數(shù)值研究時(shí)，相同雷諾數(shù)下的摩擦系數(shù)比和努塞爾數(shù)比通常比較容易獲得?；谶@些數(shù)據(jù)對不同約束條件下的換熱性能進(jìn)行比較。因此，采用(fe/f0)Re和(Nue/Nu0)Re(或者(je/j0)Re)分別作為性能評價(jià)圖的橫坐

23、標(biāo)和縱坐標(biāo)，來判斷強(qiáng)化表面的綜合性能。為了達(dá)到通用性的目的，將公式(22)(29)(30)進(jìn)行變換。以上三個(gè)公式的形式可以統(tǒng)一為(31)其中，角標(biāo)P, p, V分別代表等泵功、等壓降和等流量。通過對公式(31)與公式(22)(29)(30)進(jìn)行比較可得等泵功條件：(32a)等壓降條件：(32b)等流量條件：(32c)對公式(31)等號(hào)兩端取對數(shù)可得(33)其中，三種約束條件下的bi分別代表ln CQ,P, ln CQ,p,和ln CQ,V。公式(33)給出了性能評價(jià)圖的基本框架?？梢钥闯?，如果采用對數(shù)坐標(biāo)，將ln (fe/f0)Re和ln (Nue/Nu0)Re分別作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。則公式(

24、33)在此坐標(biāo)系下可以表示成一條直線，并且在此對數(shù)坐標(biāo)系下ki為直線的斜率，bi為直線的截距。這樣的直線被稱為性能線。另外，bi和ki分別有其物理含義。bi的值與不同約束條件下的換熱強(qiáng)化程度相關(guān)。它給出了等泵功約束條件和等壓降約束條件下的換熱量之比，或者等流量約束條件下?lián)Q熱量增強(qiáng)比與摩擦系數(shù)增加比之間的比值。當(dāng)bi=0時(shí)，直線通過坐標(biāo)點(diǎn)(1, 1)表示在對應(yīng)約束條件下強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面擁有相同的換熱量；當(dāng)bi>0時(shí)，表示強(qiáng)化表面比基準(zhǔn)表面?zhèn)鬟f更多的熱量；而當(dāng)bi<0時(shí)，則表示強(qiáng)化傳熱表面?zhèn)鬟f較少的熱量。斜率ki在三種約束條件下的值可以如下估算。對對流換熱和流動(dòng)問題，變量m1和m2的

25、范圍分別為-1m10和0m21，因此可獲得一下的大小關(guān)系，(34)由此可得：等壓降約束下性能線的斜率大于等泵功約束下性能線的斜率，而小于等流量約束下性能線的斜率。因而可以得出，等泵功約束條件下?lián)Q熱強(qiáng)化最易獲得，等壓降約束條件下強(qiáng)化則相對較難獲得，而等流量約束下要達(dá)到換熱量的增加大于摩擦系數(shù)的增加最為困難。這一結(jié)論與通常的理解和工程的應(yīng)用相一致。根據(jù)之前的討論和推導(dǎo)，如圖6所示為以節(jié)能為目的的換熱強(qiáng)化技術(shù)性能評價(jià)圖。圖中使用對數(shù)坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)表示相同雷諾數(shù)下強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面的阻力f因子系數(shù)之比，縱坐標(biāo)代表相同雷諾數(shù)下強(qiáng)化表面和基準(zhǔn)表面的努塞爾數(shù)(或換熱j因子，或斯坦頓數(shù)St)之比。圖6 性能評

26、價(jià)分區(qū)圖性能評價(jià)圖可以分為兩個(gè)主要部分。一個(gè)是通過坐標(biāo)(1, 1)點(diǎn)不同斜率ki的直線族，這些直線將坐標(biāo)區(qū)域分成四個(gè)部分，如圖6中用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。第1部分為強(qiáng)化換熱而不節(jié)能區(qū)，在此區(qū)域中，換熱量的增加小于泵功的增加。第2部分為等泵功強(qiáng)化換熱區(qū)，在此區(qū)域中，相同泵功下強(qiáng)化表面比基準(zhǔn)表面具有更高的換熱量。第3部分表示能夠獲得相同壓降下的換熱強(qiáng)化，即在等壓降約束條件下強(qiáng)化表面比基準(zhǔn)表面具有更高的換熱量。最后第4部分表示在相同流量下?lián)Q熱量的增加大于阻力系數(shù)的增加。第1部分和第2部分的邊界線表示在等泵功約束條件下強(qiáng)化表面相對于基準(zhǔn)表面具有相同的換熱量。第2部分和第3部分的邊界線表示在等壓降約束條件下強(qiáng)

27、化表面相對于基準(zhǔn)表面具有相同的換熱量。第3部分和第4部分的邊界線是判斷在等流量約束條件下強(qiáng)化表面相對于基準(zhǔn)表面換熱量增加與摩擦系數(shù)增加的比例大小。為了清晰表示，上述四個(gè)部分的分界線稱為基準(zhǔn)線，由公式(33)以相應(yīng)的結(jié)束條件畫出。例如第1部分和第2部分的分界線是在Pe/P0=1和Qe/Q0=1的條件下建立的。三條基準(zhǔn)線的斜率ki分別來自于公式(32a)、(32b)和(32c)。式中，變量m1和m2的值分別來自于光管的湍流流動(dòng)和換熱關(guān)聯(lián)式，即變量m1和m2的值分別為-0.25和0.8 48。性能評價(jià)圖的另一個(gè)主要部分稱為工作線，代表強(qiáng)化結(jié)構(gòu)在某一約束條件下的換熱性能。位于工作線上的點(diǎn)稱為工作點(diǎn)。根

28、據(jù)之前的討論，有三種工作線對應(yīng)于三類約束條件，即是分別與三條基準(zhǔn)線平行的強(qiáng)化換熱比等值線族。在等泵功約束條件下可通過公式(33)來建立強(qiáng)化換熱比的等值線。根據(jù)之前的分析，在雙對數(shù)坐標(biāo)系下強(qiáng)化換熱比的等值線為一組平行的工作線。強(qiáng)化換熱效果越好則直線的截距bi就越大。如圖7所示，等值線(即工作線)之間的距離可根據(jù)實(shí)際需要通過改變給定的截距bi的值來控制。在等壓降和等流量約束條件下的強(qiáng)化換熱比等值線也可通過與圖7類似的方法來獲得，相應(yīng)的等值線分別如圖8和圖9所示。圖7 等泵功約束條件下強(qiáng)化換熱比等值線圖圖8 等壓降約束條件下強(qiáng)化換熱比等值線圖圖9 等流量約束條件下?lián)Q熱強(qiáng)化與阻力增加比等值線圖4. 綜

29、合性能評價(jià)比較圖上一節(jié)中在Webb和Bergles評價(jià)方法的基礎(chǔ)上基于四個(gè)基本假設(shè)提出了一種以節(jié)能為目標(biāo)的性能評價(jià)圖，但是采用此方法的前提是基準(zhǔn)翅片是已知的，即其換熱和阻力關(guān)聯(lián)式是已知的。但在新型翅片的開發(fā)過程中，為了獲得優(yōu)化或近似優(yōu)化的翅片參數(shù)組合，換熱器的一些整體參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，所以其傳熱與阻力關(guān)聯(lián)式是未知的。另外，在上一節(jié)中引入了一些假設(shè)，這些假設(shè)雖然在文獻(xiàn)中廣泛采用，但在新翅片開發(fā)過程中卻限制了評價(jià)方法的使用。為了克服上一節(jié)中性能評價(jià)圖在新型翅片的開發(fā)過程中使用的不足，提出了通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)和利用圖形化的優(yōu)勢，先獲得相同泵功或相同壓降下強(qiáng)化表面所對應(yīng)的速度，然后算出該速度對應(yīng)的換熱量，再進(jìn)

30、行比較的方法，即性能比較圖法。為能夠比較，做以下兩個(gè)假定：(1)流體熱物性為常數(shù)3;(2)在計(jì)算強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的流體平均速度時(shí)，其橫截面面積與基準(zhǔn)表面相同；在實(shí)際工程應(yīng)用中，新型換熱器的設(shè)計(jì)通常會(huì)造成換熱面積和特征尺寸的變化，如果依然保持之前的假設(shè)其不變，在對兩種或多種新型換熱器進(jìn)行比較時(shí)就沒有意義了?；趽Q熱量和泵功的定義，兩種新型強(qiáng)化表面換熱量和泵功的比值定義如下(35)(36)以下通過相同流量，相同壓降和相同泵功三種約束條件分別進(jìn)行分析。根據(jù)上述假設(shè)，在相同流量下公式(35)(36)可以獲得(37)(38)(39)由公式(37-39)可知，可以用兩種流體介質(zhì)的溫差，壓差，和溫差與壓差的比值分別

31、描述換熱設(shè)備的換熱性能，流動(dòng)泵功及綜合性能。根據(jù)上述假設(shè)，在相同壓降約束條件下可以獲得(40)(41)圖10給出了相同壓降約束條件下新型開縫翅片與原有百葉窗翅片的性能比較，采用VT和p作為縱坐標(biāo)，入口流速V作為橫坐標(biāo)。圖中過0點(diǎn)虛線的橫坐標(biāo)表示百葉窗翅片的運(yùn)行速度(2.5m/s)，縱坐標(biāo)給出了2.5m/s速度下百葉窗翅片的換熱能力(27Km/s)，為了獲得與百葉窗翅片相同壓降下的開縫翅片的運(yùn)行速度，我們過點(diǎn)1做藍(lán)色實(shí)線La交開縫翅片的壓降特性曲線與點(diǎn)2，點(diǎn)2的橫坐標(biāo)給出了開縫翅片的運(yùn)行速度為(2.3m/s)，為了獲得2.3m/s速度下開縫翅片的換熱能力，過2點(diǎn)作鉛垂線Lb交開縫翅片的換熱特性曲

32、線與點(diǎn)3，點(diǎn)3對應(yīng)的左側(cè)縱坐標(biāo)給出了開縫翅片與原有百葉窗翅片在相同壓降下的換熱量(28.5Km/s)。因此開縫翅片(28.5Km/s)與百葉窗翅片(27Km/s)在相同壓降下的熱量之比為1.056，也就是說，在相同壓降下，推薦開縫翅片的換熱能力相對于原有百葉窗翅片增加5.6%。LrLcLvLbLa2130圖10 等壓降約束下的換熱性能比較圖類似的，在相同泵功約束條件下可以獲得(42)(43)圖11給出了相同泵功約束條件下開縫翅片與百葉窗翅片的性能比較，采用VT和Vp作為縱坐標(biāo)，入口流速V作為橫坐標(biāo)。圖中0點(diǎn)的橫坐標(biāo)和左縱坐標(biāo)分別表示百葉窗翅片的運(yùn)行速度(2.5m/s)和換熱能力(27Km/s)

33、。點(diǎn)3的橫坐標(biāo)和左縱坐標(biāo)分別給出了與百葉窗翅片擁有相同功耗的開縫翅片的運(yùn)行速度(2.25m/s)和換熱能力(28Km/s)。因此開縫翅片(28Km/s)與百葉窗翅片(27Km/s)在相同功耗下的換熱量之比為1.037，也就是說，在相同功耗下推薦開縫翅片的換熱能力相對于原有百葉窗翅片增加3.7%。LbLa3210LrLvLc圖11 等泵功約束下的換熱性能比較圖與之前的比較圖類似的，通過此方法還可以比較在相同換熱性能約束條件下的壓降和泵功性能。與現(xiàn)有文獻(xiàn)中從關(guān)聯(lián)式出發(fā)通過迭代計(jì)算的性能比較方法相比，雖然所依據(jù)的基本公式相同，但在實(shí)施與效果方面性能評價(jià)圖具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)只需要有限個(gè)速度值下所比較結(jié)

34、構(gòu)的換熱與阻力數(shù)據(jù)，不需要完整的關(guān)聯(lián)式；2)操作過程直觀清晰，不需要迭代計(jì)算；3)能顯示出所研究的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)化換熱方面的空間。因此，此方法適合在開發(fā)新型強(qiáng)化換熱表面時(shí)使用5. 分區(qū)域性能評價(jià)指標(biāo)通過對之前強(qiáng)化換熱技術(shù)評價(jià)指標(biāo)研究的綜述，和對新型評價(jià)指標(biāo)圖的研究，發(fā)現(xiàn)仍有部分工作需進(jìn)一步繼續(xù)與完善?，F(xiàn)有評價(jià)指標(biāo)所采用的參數(shù)基本上都是計(jì)算區(qū)域的場均參數(shù)，如換熱j因子(或努塞爾數(shù)Nu，或斯坦頓數(shù)St)，阻力f因子，或整個(gè)計(jì)算區(qū)域的進(jìn)口和出口參數(shù)，如進(jìn)出口溫度，壓降等。這樣雖然可以對翅片的整體性能進(jìn)行分析和評價(jià)，但在新型翅片的設(shè)計(jì)過程中，無法對翅片的局部性能進(jìn)行分析和研究。所以，將整個(gè)翅片分割成不同區(qū)域

35、，分別研究不同區(qū)域內(nèi)的綜合性能對新型翅片的開發(fā)，優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常必要的。本文開展了最基本的分區(qū)域性能評價(jià)，即沿流體流動(dòng)的方向?qū)⒂?jì)算區(qū)域分成若干段，分別分析每一段的綜合性能，以達(dá)到綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)翅片的目的。圖12為平直翅片綜合性能評價(jià)指標(biāo)j/f1/3的沿程變化圖。由于平直翅片僅起到增加換熱面積的作用，而沒有對流體增加額外的擾動(dòng)，所以當(dāng)流體流經(jīng)翅片區(qū)域時(shí)，換熱管對流體的擾動(dòng)作用仍起到主要作用。根據(jù)圖中可以看出綜合性能評價(jià)指標(biāo)j/f1/3在離管排較遠(yuǎn)的區(qū)域隨流動(dòng)方向越來越小，這主要是因?yàn)殡S著流動(dòng)方向，傳熱溫差不斷縮小，而由平直翅片所引起的擾動(dòng)不足以使換熱能力繼續(xù)保持之前的水平。而評價(jià)指標(biāo)j/f1/3在管

36、排附近時(shí)，隨流動(dòng)方向增大，經(jīng)分析，這是因?yàn)橛捎诠芘诺拇嬖谑橇鞯匠霈F(xiàn)了漸縮和漸闊，使得流體產(chǎn)生擾動(dòng)強(qiáng)化了換熱能力。圖12 平直翅片綜合性能評價(jià)指標(biāo)j/f1/3沿程變化圖圖13為百葉窗翅片綜合性能評價(jià)指標(biāo)j/f1/3的沿程變化圖。由于翅片上不連續(xù)的百葉窗，相比較平直翅片，不僅增加了換熱面積，還使流體產(chǎn)生劇烈的橫向渦，所以當(dāng)流體流經(jīng)翅片區(qū)域時(shí)，百葉窗對流體的擾動(dòng)作用遠(yuǎn)大于換熱管，起到主要了作用。同時(shí)也是因?yàn)榱黧w區(qū)域存在大量橫向渦的原因，其分區(qū)域指標(biāo)圖沿程點(diǎn)出現(xiàn)了上下波動(dòng)和跳躍現(xiàn)象。圖13 百葉窗翅片綜合性能評價(jià)指標(biāo)j/f1/3沿程變化圖根據(jù)圖中可以看出綜合性能評價(jià)指標(biāo)j/f1/3沿流體流動(dòng)方向上的幾

37、次比較大的下降均出現(xiàn)在沒有百葉窗的平直區(qū)域，經(jīng)分析，這是由于在這些區(qū)域內(nèi)流體與翅片的換熱明顯下降，而阻力的下降卻很少造成的。在百葉窗區(qū)域，流體的換熱能力明顯提高，但由于橫向渦的存在，評價(jià)指標(biāo)j/f1/3在不同區(qū)域內(nèi)沿流動(dòng)方向出現(xiàn)震蕩和波動(dòng)。圖14為X型開縫翅片綜合性能評價(jià)指標(biāo)j/f1/3的沿程變化圖。由于翅片上不連續(xù)的開縫，相比較平直翅片和百葉窗翅片，換熱面積有很大的增加，并且沿流動(dòng)方向?qū)⒊崞譃榛钠街辈糠趾烷_縫的水平部分，這些小的分段不僅可以打斷邊界層的增長，還會(huì)在后方形成尾跡區(qū)，尾跡區(qū)內(nèi)主要由不是很強(qiáng)烈的橫向渦構(gòu)成，開縫的豎直部分還會(huì)形成一定的縱向渦。所以當(dāng)流體流經(jīng)翅片區(qū)域時(shí)，開縫對流

38、體起到了一定的擾動(dòng)作用，并且這一作用會(huì)沿流動(dòng)方向持續(xù)一段距離。圖14 開縫翅片綜合性能評價(jià)指標(biāo)j/f1/3沿程變化圖根據(jù)圖中可以看出綜合性能評價(jià)指標(biāo)j/f1/3沿流體流動(dòng)方向起初開始緩慢增加，之后在第一排管后半部分基本保持平穩(wěn)不變，在兩排管的中間進(jìn)入第二排管區(qū)域后有一定的下降，之后又緩慢增加，并在第二排管后半部分又基本保持平穩(wěn)不變。經(jīng)分析，大概在13mm左右處評價(jià)指標(biāo)j/f1/3突然下降的原因是由于此區(qū)域內(nèi)的阻力突然增加造成的。所以此區(qū)域是這個(gè)開縫翅片優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)所在。通過對分區(qū)域性能評價(jià)指標(biāo)的應(yīng)用和分析可以看出，這種評價(jià)方法可以將翅片對流體影響的細(xì)節(jié)反映出來，可以得出此翅片的不足之處，

39、在之后的優(yōu)化和設(shè)計(jì)過程中起到指導(dǎo)作用。但這種方法的缺點(diǎn)是，當(dāng)流體中存在大量橫向渦時(shí)，區(qū)域的劃分就尤為重要，如果劃分區(qū)域的邊界在渦的內(nèi)部，就會(huì)造成評價(jià)指標(biāo)圖出現(xiàn)震蕩和波動(dòng)。6. 局部綜合性能評價(jià)通過上一節(jié)分區(qū)性能評價(jià)的分析，由于流體流過翅片區(qū)域時(shí)為連續(xù)流動(dòng)，人為地將流體分割為不同的區(qū)域可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出的區(qū)域綜合性能出現(xiàn)不連續(xù)性，造成評價(jià)指標(biāo)產(chǎn)生不規(guī)則的跳動(dòng)。所以，本節(jié)引入局部性能評價(jià)，其本質(zhì)是分區(qū)性能評價(jià)的一種拓展，即將流體流動(dòng)區(qū)域分割成與渦的平均尺度基本相同或更小，這樣就可以將區(qū)域內(nèi)的參數(shù)看做是區(qū)域中心一個(gè)點(diǎn)上的參數(shù)。再通過如溫度、壓力、速度等參數(shù)連續(xù)地分析翅片對流體流動(dòng)和換熱的影響。清華大學(xué)

40、過增元教授等人從能量方程出發(fā)，通過審視熱量輸運(yùn)的物理機(jī)制，把對流換熱比擬為有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱過程，證明了減小速度矢量與溫度梯度之間的夾角是強(qiáng)化對流換熱的有效措施。之后，陶文銓教授又將場協(xié)同原理推廣到橢圓型的流動(dòng)，并指出傳統(tǒng)強(qiáng)化傳熱的機(jī)理均可以用場協(xié)同原理來統(tǒng)一揭示。場協(xié)同理論認(rèn)為，對流換熱的強(qiáng)度不僅僅取決于溫差、流體的速度和物性，還取決于速度和溫度梯度之間的協(xié)同性。將速度和溫度梯度之間的夾角稱為協(xié)同角，局部協(xié)同角定義為(44)本文采用局部協(xié)同角為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別對平直翅片、百葉窗翅片和開縫翅片溫度場和速度場的協(xié)同性進(jìn)行研究。圖15為采用平直翅片時(shí)兩翅片中間截面上的協(xié)同角分布圖。由圖中可以看出，采用平

41、直翅片時(shí)溫度場和速度場的協(xié)同性很差，整個(gè)截面上的協(xié)同角大部分都在80°以上，尤其是在管排后方的大片區(qū)域內(nèi)，協(xié)同角均在85°以上。只有在入口區(qū)域內(nèi)，協(xié)同角較小，這是由于入口段的傳熱溫差很大而產(chǎn)生的。圖15 平直翅片協(xié)同角分布圖圖16為采用百葉窗翅片時(shí)兩翅片中間截面上的協(xié)同角分布圖。根據(jù)圖中可以看出，由于百葉窗翅片使流體產(chǎn)生大量的橫向渦，可以很好的改善溫度場和速度場的協(xié)同性，但也會(huì)造成阻力的極大增加。在圖中可以明顯看出，截面上的協(xié)同角與平直翅片相比明顯小很多，除幾個(gè)很小的區(qū)域外，基本都在80°左右。在管排后方的區(qū)域內(nèi)，并沒有出現(xiàn)協(xié)同角大范圍增加的現(xiàn)象。圖16 百葉窗翅

42、片協(xié)同角分布圖圖17為采用X型開縫翅片時(shí)兩翅片中間截面上的協(xié)同角分布圖。根據(jù)圖中可以看出，由于開縫將翅片分成小段的區(qū)域內(nèi)，速度場和溫度場之間的協(xié)同性有明顯改善，截面上的協(xié)同角基本都在75°左右。但翅片上沒有開縫的平直區(qū)域協(xié)同性所有降低，截面上的協(xié)同角基本在80°以上。在管排后方的區(qū)域內(nèi)，也沒有出現(xiàn)協(xié)同角大范圍增加的現(xiàn)象。圖17 開縫翅片協(xié)同角分布圖采用局部性能作為換熱設(shè)備的評價(jià)指標(biāo)，可以作為研究局部細(xì)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)的評判準(zhǔn)則，但由于其計(jì)算量較大，不能將翅片的整體性能很好的反映出來，在工程實(shí)際中應(yīng)用的不多，但科學(xué)研究過程中，能夠更好的應(yīng)用于新型翅片設(shè)計(jì)的后期優(yōu)化過程。7. 未來研

43、究展望通過對之前強(qiáng)化換熱技術(shù)評價(jià)指標(biāo)研究的綜述，和對新型評價(jià)指標(biāo)圖的研究，發(fā)現(xiàn)仍有部分工作需進(jìn)一步繼續(xù)與完善?，F(xiàn)有評價(jià)指標(biāo)所采用的參數(shù)基本上都是計(jì)算區(qū)域的場均參數(shù)，如換熱j因子(或努塞爾數(shù)Nu，或斯坦頓數(shù)St)，阻力f因子，或整個(gè)計(jì)算區(qū)域的進(jìn)口和出口參數(shù)，如進(jìn)出口溫度，壓降等。這樣雖然可以對翅片的整體性能進(jìn)行分析和評價(jià)，但在新型翅片的設(shè)計(jì)過程中，無法對翅片的局部性能進(jìn)行分析和研究。所以，后繼工作可從以下幾點(diǎn)展開(1)之前所采用的各種評價(jià)指標(biāo)的表述還是定性的，如何給出強(qiáng)化換熱效果和節(jié)能強(qiáng)弱的定量判定，還需進(jìn)一步研究。(2)通過研究流體流動(dòng)過程中速度場、壓力場和溫度場之間的深層協(xié)同機(jī)理，提出更精確

44、和便于使用的新型評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)方法，使其能夠更好地應(yīng)用于對原有換熱設(shè)備的分析評價(jià)和新型換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)。8. 結(jié)論(1)本文對強(qiáng)化換熱技術(shù)評價(jià)指標(biāo)的研究進(jìn)展做了回顧與綜述，并對之前所采用的評價(jià)方法進(jìn)行了整理和分析。將其分為基于熱力學(xué)第一定律和基于熱力學(xué)第二定律的性能評價(jià)方法，并根據(jù)工程實(shí)際的要求，研究了在等流量、等壓降和等泵功約束條件下性能評價(jià)指標(biāo)的應(yīng)用。最終提出了現(xiàn)有評價(jià)方法和指標(biāo)的不足。(2)根據(jù)上述綜述，通過工程實(shí)際中設(shè)計(jì)的兩種翅片，百葉窗翅片和開縫翅片，與平直翅片相比較。分別采用j/f，j/f1/2和j/f1/3作為綜合性能的評價(jià)指標(biāo)，分析研究翅片的綜合性能。(3)現(xiàn)有數(shù)十種評價(jià)方法

45、均無法直觀的給出強(qiáng)化技術(shù)是否節(jié)能，以及節(jié)能效果如何?；趯ΜF(xiàn)有評價(jià)準(zhǔn)則的分析和四個(gè)常用假設(shè)，本文建立了以節(jié)能為目標(biāo)的性能評價(jià)圖。在此圖中，相對于同一基準(zhǔn)表面能夠簡單而清晰的比較不同強(qiáng)化技術(shù)的綜合效果。可以預(yù)期本文提出的性能評價(jià)圖在以節(jié)能為目標(biāo)的強(qiáng)化換熱技術(shù)研究中會(huì)得到應(yīng)用。(4)在新型翅片的開發(fā)過程中，需要對各種正在設(shè)計(jì)中的翅片的性能進(jìn)行比較，現(xiàn)有的各種比較方法都需要在掌握了被比較翅片的傳熱與流動(dòng)關(guān)聯(lián)式的條件下才能進(jìn)行，這限制了其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。本文以最易獲得的介質(zhì)進(jìn)出口溫差和壓降為基本參數(shù)，建立了適用于在設(shè)計(jì)中的翅片進(jìn)行性能評價(jià)的性能比較圖。(5)目前常用的評價(jià)指標(biāo)均為全場的平均參數(shù)，雖然

46、可以對翅片整體進(jìn)行綜合性能評價(jià)，但無法反映翅片不同區(qū)域的性能情況。本文提出分區(qū)域性能評價(jià)方法，將翅片按照功能、流動(dòng)情況或翅片強(qiáng)化技術(shù)等分割成不同的區(qū)域，分別進(jìn)行評價(jià)。(6)由于流動(dòng)的連續(xù)性，可以采用局部性能評價(jià)的方法。本文采用局部協(xié)同角作為評價(jià)參數(shù)，并對三種不同的翅片進(jìn)行了綜合評價(jià)研究。這種評價(jià)方法可以反映出翅片對流體流動(dòng)影響的細(xì)節(jié)，對翅片的優(yōu)化設(shè)計(jì)有很大的作用。參考文獻(xiàn)1 Manglik RM. Heat transfer enhancement, in: A. Bejan, A. Kraus (Eds.), Heat Transfer Handbook, John Wiley &

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