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《換熱設備綜合評價指標及研究進展》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在應用文檔-天天文庫。
1、中國工程熱物理學會傳熱傳質學學術會議論文編號：113599換熱設備綜合評價指標的研究進展基金項目：國家自然科學基金重點資助項目(No.U0934005);國家重點基礎研究資助項目(973)(No.2011CB710702；2007CB206902)。何雅玲，陶文銓，王煜，樊菊芳(西安交通大學能源與動力工程學院，熱流科學與工程教育部重點實驗室，陜西，西安，710049)(Tel:029-82665930E-mail:yalinghe@mail.xjtu.edu.cn)摘要本文對換熱設備評價指標的研究進展做了回顧與綜述。強化換熱技術大大提高了換熱設備的換熱性能，但同時也
2、因為阻力的增加而造成了能源的消耗和經(jīng)濟效益的下降。綜合評價指標是用于評價常用及新型換熱設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指標的基礎上，以工程實際中的翅片優(yōu)化設計為例，研究了傳統(tǒng)評價指標的特性，提出了新型性能評價圖及性能比較圖等綜合性能評價指標圖，又在此基礎上嘗試了分區(qū)性能評價指標和局部綜合性能評價的方法。通過大量的工程應用及數(shù)值研究，新型性能評價方法相比常見的性能評價指標有更好的實用性及通用性。并且還能為設計者提供更清晰的物理意義，為改進和優(yōu)化提供指導。關鍵詞評價指標；換熱器；數(shù)值模擬；強化換熱；節(jié)能1.換熱設備性能評價常規(guī)指標綜述換熱器廣
3、泛應用于許多工程領域，將熱量從一種流體傳輸?shù)搅硪环N流體。例如鍋爐換熱器，煙氣余熱換熱器，氣體冷卻器，空調蒸發(fā)器和冷凝器，化工設備換熱器等。為了降低能耗，提高經(jīng)濟效益，在工程應用中使用高效換熱設備越來越受到人們的關注。常用換熱器的總熱阻可以分為以下3個部分：管內流體與管內壁的對流換熱熱阻，管子的導熱熱阻，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和流速的制約，一般都在總熱阻中占較大比例。所以，使用強化換熱翅片和強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，在工程應用當中綜合評價指標還應該考慮很多
4、因素，包括經(jīng)濟性、可行性、可靠性、安全性、等等[1]。但由于其它性能通常缺少嚴格的量化指標，因此在實際應用中，要建立一種普遍適用的評價準則是非常困難的[2]?，F(xiàn)有的評價準則主要是以熱工性能為基準。研究強化換熱的目的可以分為以下4個方面[3]：(1)提高熱流量；(2)降低進出口溫差；(3)降低換熱面積；(4)降低泵功率。如何評價強化傳熱技術的性能，不同的強化目標有不同的評價方法，目前文獻中已經(jīng)有數(shù)10種方法，可以將其分為兩類：基于熱力學第一定律的評價方法和基于熱力學第二定律的評價方法。1.1基于熱力學第一定律的性能評價1972年，Webb和Eckert[4]為了比較在
5、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、功耗和體積三個變量來評價換熱性能，當對某一指標(或變量)比較時，其他兩個指標保持不變，通過方程推導可獲得比較指標的目標函數(shù)。據(jù)作者所知，這是第一篇針對強化換熱技術提出評價指標的文章。1974年，Bergles[5]提出了一種通過使用St數(shù)和阻力f因子來評價強化管性能的方法。1981年，Webb[6]在Bergles在之前工作的基礎上建立了針對管內單相流體對流換熱的性能評價方法，分別對應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計情況，并得到了廣泛的應用[7-10]
6、。在此之后，大量的評價方法被相繼提出。在文獻[2-3]中，針對單相流體換熱提出了12種組合的評價方法。同時，針對某些具體問題還出現(xiàn)了其它一些評價準則，包括：僅考慮傳熱性能的評價方法[11]；在一種流體中與換熱系數(shù)和耗散能相關的評價準則[12-13]；在平直翅片管表面使用的質量因子[14-15]；換熱j因子與阻力f因子性能評價準則[16]；在等泵功和等壓降約束條件下的評價準則[17-23]。1.2基于熱力學第二定律的性能評價前面介紹的評價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量的變化。更為合理的評價方法應該同時考慮熱量傳遞的數(shù)量、質量和流阻三方面的因素。
7、因而，一些學者嘗試通過以熱力學第二定律為基礎的評價方法。由于溫差傳熱和流動損失的存在造成傳熱過程和流動過程都是不可逆過程，可以通過熵增來分析其損失情況。Bejan[24-26]及其合作者提出了熵產(chǎn)分析評價方法。Chen和Huang[27-28]通過推導分別獲得了換熱器熵產(chǎn)及最佳運行Re數(shù)的計算公式，并基于FG(Fixedgeometry)評價方法[6]分析了給定結構下，定流量和定壓降時強化表面的熵產(chǎn)率，并以最小熵產(chǎn)率為目標獲得最優(yōu)強化過程。Zimparov和Vulchanov[29]基于不同約束條件下的熱力學第一定律評價方法，通過熵產(chǎn)理論分別給出了強化翅片的性能
