随着近年来全球出现能源利用的紧张形势,开发高效节能技术也日益得到人们的重视。螺旋翅片管是采用了螺旋翅片扩展表面的一种高效传热元件,就是在光管外壁焊接螺旋翅片。螺旋翅片管能增大换热面积,强化传热,减少金属耗量,减轻磨损和腐蚀,提高设备的经济性和运行的可靠性,正广泛地应用于各种余热锅炉和发电厂锅炉省煤器中。 目前在各种锅炉省煤器中应用较多的是高频焊螺旋翅片管,与光管相比,它很好的提高了传热效果,但是由于存在接触热阻,容易出现翅片腐蚀、开裂等问题,所以在工业应用上有一定的局限性。本文主要研究这几年迅速发展起来的整体型螺旋翅片管的强化传热性能,很重要的一个优势就是它的翅片与基管是通过整体轧制而成,没有接触热阻,传热效果会更好,使用寿命会大大提高,可以预见,整体型螺旋翅片管将取代高频焊螺旋翅片管,广泛应用于锅炉省煤器、空气预热器和余热锅炉的热量回收。因此对整体型螺旋翅片管的传热和流阻性能进行深入的研究具有重要的意义。 采用自制的风洞换热系统,测定了相同工况下光管和两种型号整体型螺旋翅片管的传热和流阻性能,并进行了对比研究。结果表明,冷热冲击对整体型螺旋翅片管传热性能的影响甚微；翅片间距为6 mm的整体型螺旋翅片管的表面传热系数最大,翅片间距为8 mm的整体型螺旋翅片管次之,光管的最小；空气横掠翅片间距为6 mm的整体型螺旋翅片管的压降最大,横掠光管时最小,横掠翅片间距为8 mm的整体型螺旋翅片管时居中。此外分别得到了它们的换热准数关联式。 应用强化传热性能评价公式对实验用的整体型螺旋翅片管的传热性能进行综合性能评价,结果表明,当流动处于完全湍流状态下时,在本实验雷诺数范围内,翅片间距为8 mm的整体型螺旋翅片管冷热冲击前的强化因子范围为4.162～4.626,翅片间距为8 mm的整体型螺旋翅片管冷热冲击后的强化因子范围为3.913～4.451,翅片间距为6mm的整体型螺旋翅片管的强化因子范围为4.258～5.480。结果充分说明本实验用翅片间距分别为8 mm和6 mm的整体型钢质螺旋翅片管具有比光管更好的综合传热性能。 另外采用Fluent软件对整体型螺旋翅片管和光管的传热及流阻性能进行了数值模拟,建立了换热管和风洞换热系统的物理模型和数学模型,给定一定的初始条件和边界条件,得到了空气换热前后温度、压力和速度的分布,结果表明,随着空气入口风速不断增大,换热前后的温差逐渐缩小,压降却不断增大。与光管相比,空气横掠整体型螺旋翅片管时,空气温度变化要更大,压降和阻力要稍微大些。同时也研究了翅片高度,翅片厚度和翅片间距对整体型螺旋翅片管的传热及流阻性能的影响,结果表明,翅片越厚,翅片高度越大,翅片间距越小,整体型螺旋翅片管的传热性能越好。