針對(duì)管殼式換熱器管程的強(qiáng)化傳熱主要采用強(qiáng)化傳熱管或加入管內(nèi)插入物。其中強(qiáng)化傳熱管主要包括波紋管、橫紋管、螺旋扁管、縮放管以及內(nèi)翅片管等，如圖1 所示。

　　圖一：強(qiáng)化傳熱管

　　流體在強(qiáng)化傳熱管中流動(dòng)時(shí)，由于管壁表面的不斷變化，對(duì)流體造成擾動(dòng)，層流邊界層遭到破壞，從而強(qiáng)化傳熱。波紋管是由薄壁光滑管加工而成，傳熱系數(shù)為光滑管的2～4 倍。橫紋管是在金屬管材上變截面連續(xù)滾軋成型，有效面積無(wú)太大擴(kuò)展，靠突出肋對(duì)流體產(chǎn)生擾動(dòng)。螺旋扁管是將光滑圓管壓扁，并按一定導(dǎo)程扭曲而形成的管型。管內(nèi)螺旋狀流道使流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，增加流體擾動(dòng)程度，促進(jìn)流體混合，極大提高換熱效率?？s放管通過(guò)管段收縮變化使流體產(chǎn)生回轉(zhuǎn)旋渦從而提高傳熱系數(shù)，但其加工工藝相對(duì)復(fù)雜。內(nèi)翅片管的傳熱面積有較大增加，且流體微團(tuán)在壁面產(chǎn)生回轉(zhuǎn)旋渦，從而提高傳熱系數(shù)。

　　強(qiáng)化傳熱管相對(duì)光滑管傳熱性能可以大幅提高，但其加工較為復(fù)雜且不易清洗，適用于不易結(jié)垢的流體強(qiáng)化傳熱。管內(nèi)插入物具有加工簡(jiǎn)單、不改變傳熱管形狀等優(yōu)點(diǎn)，適用于現(xiàn)有換熱器的改造。管內(nèi)插入物可以擾動(dòng)管內(nèi)流體，形成旋流和二次流，增強(qiáng)湍流強(qiáng)度，破壞層流邊界層，從而加快流體與傳熱管的換熱，同時(shí)摩擦系數(shù)較小，能夠有效清除污垢，被廣泛應(yīng)用于換熱器中。常見(jiàn)的管內(nèi)插入物主要為金屬紐帶（圖2）及螺旋片（圖3）等。

　　圖二：金屬紐帶

　　圖三：螺旋片

　　紐帶是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的旋流發(fā)生器，由薄金屬片扭轉(zhuǎn)而成，與光滑管相比，傳熱系數(shù)可以提高2倍以上。針對(duì)金屬紐帶的研究集中于紐帶傳熱強(qiáng)化的性能及紐帶幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。NAPHO對(duì)換熱管內(nèi)有無(wú)金屬紐帶插入物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究對(duì)比，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)添加金屬紐帶能夠明顯提高傳熱速率，同時(shí)摩擦因子也會(huì)增加，并針對(duì)努塞爾數(shù)與摩擦因子提出了關(guān)系式。KUMAR 等改變紐帶扭曲率，并研究不同幾何結(jié)構(gòu)的紐帶傳熱管對(duì)太陽(yáng)能熱水器傳熱的影響。

　　當(dāng)扭曲率從3.0 改變至12.0 時(shí)，太陽(yáng)能熱水器的傳熱系數(shù)相對(duì)光滑管增加18%～70%，同時(shí)壓力增加87%～132%，綜合考慮傳熱性能與壓降，插入紐帶管的集熱器適宜應(yīng)用于較高品味的能量中以平衡壓降損失。SARADA 等對(duì)水流經(jīng)不同寬度的紐帶換熱管中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明當(dāng)紐帶寬度從10mm增加至22mm，傳熱系數(shù)增加36%～48%。EIAMSA-ARD 等研究不同錯(cuò)開(kāi)長(zhǎng)度紐帶的傳熱性能，結(jié)果表明錯(cuò)開(kāi)紐帶由于錯(cuò)開(kāi)角引起的流體擾動(dòng)，相對(duì)于平滑紐帶具有更高的努塞爾數(shù)、摩擦因子及熱性能系數(shù)。當(dāng)錯(cuò)開(kāi)長(zhǎng)度與光滑紐帶比值為0.5、1.0、1.5 和2.0 時(shí)，努塞爾數(shù)相對(duì)光滑紐帶管提高了52%、47%、43%和37%，比值為0.5 的錯(cuò)開(kāi)紐帶管表現(xiàn)出*佳的傳熱性能。螺旋片也是一種常見(jiàn)管內(nèi)插入物，如圖3 所示，螺旋片是由一定直徑的銅絲或鋼絲按照一定的節(jié)距繞成。對(duì)于雷諾數(shù)較大的湍流區(qū)，增加主流的擾動(dòng)對(duì)傳熱影響并不大，而管壁附近的層流導(dǎo)熱對(duì)過(guò)程起控制作用，螺旋線正好處于壁面附近，在近管壁區(qū)域引起湍流擾動(dòng)，從而有效提高傳熱系數(shù)。

　　AKHAVAN-BEHABADI 等進(jìn)行了機(jī)械潤(rùn)滑油流經(jīng)不同螺旋線換熱器內(nèi)管的實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同螺距、螺旋角度以及螺旋線厚度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明當(dāng)螺旋線厚度為2mm 時(shí)，管程努塞爾數(shù)相對(duì)平管增加2.2倍，當(dāng)厚度為3.5mm 時(shí)可達(dá)到3.2 倍。MARTINE等對(duì)牛頓流體及非牛頓流體在層流及過(guò)度流狀態(tài)下流經(jīng)不同結(jié)構(gòu)螺旋線內(nèi)管的傳熱性能進(jìn)行研究，其中牛頓流體選用丙二醇，非牛頓流體選用質(zhì)量分0.1%的羧甲基纖維素（CMC）水溶液。結(jié)果表明在低雷諾數(shù)下，螺旋線強(qiáng)化傳熱效果不顯著，當(dāng)雷諾數(shù)高于500 時(shí)，則開(kāi)始表現(xiàn)出強(qiáng)化換熱效果。當(dāng)雷諾數(shù)為700 左右時(shí)，丙二醇努塞爾數(shù)為光滑管的4 倍，CMC 水溶液努塞爾數(shù)為光滑管的3倍。

　　GUNES 等針對(duì)管內(nèi)螺旋線提出田口優(yōu)化，綜合考慮系統(tǒng)整體的導(dǎo)熱及壓降性能，當(dāng)螺旋線與管徑的比值為0.0375、螺距與管徑比為1.0、側(cè)邊長(zhǎng)度與管徑比為0.0714、雷諾數(shù)為 時(shí)，每單位壓降下的傳熱系數(shù)*高，表現(xiàn)出*佳的綜合性能。管內(nèi)插入物在強(qiáng)化傳熱的同時(shí)也存在一定的缺點(diǎn)，包括金屬耗材較多、增加換熱器整體質(zhì)量以及在處理不潔凈流體時(shí)容易造成管道堵塞等，適用于雷諾數(shù)較小且流體不易結(jié)垢的工況。

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