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　　石油機(jī)械34卷第5期專題研究卜封頭對(duì)板翅式冷卻器流動(dòng)及阻力特性的影響周愛民厲彥忠文鍵馬巖松（西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院）小流量和溫度的測(cè)量，將試件的流動(dòng)截面劃分為30個(gè)小的區(qū)域，如中所示，每個(gè)小的區(qū)域作為一個(gè)通道，可以進(jìn)行小通道的流量和壓差測(cè)量。
　　工業(yè)上普遍應(yīng)用的基本封頭，其結(jié)構(gòu)尺寸與中定義的封頭A―致。
　　改進(jìn)的孔板型封頭，采用在封頭內(nèi)部高度一半的地方加入一不均勻打孔擋板。
　　板上打孔率沿著擋板的中軸線向兩側(cè)逐漸增加且成對(duì)稱分布，孔板上沿中軸線由內(nèi)向外分別均勻地打小、中、大3種直徑的孔。根據(jù)所加擋板類型，定義順排擋板為B型封頭，錯(cuò)排擋板為C型封頭。孔板型封頭結(jié)構(gòu)和孔板結(jié)構(gòu)圖如ab、c所示。
　　另外引入無量綱參數(shù)0表示冷卻器各通道被測(cè)參數(shù)的最大值與最小值之比，也從一定程度上反映了不均勻分配的情況。即0和分別表示最大流速比和最大阻力比。
　　1.不同封頭結(jié)構(gòu)冷卻器出口的通道流速分布（1）同一Re下不同封頭結(jié)構(gòu)物流分配的比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論bookmark2為了表示冷卻器截面通道流量分配和阻力分布的絕對(duì)不均參數(shù)，引入數(shù)理統(tǒng)計(jì)上的標(biāo)準(zhǔn)方差S.它體現(xiàn)了計(jì)算數(shù)據(jù)的離散程度，可以很好地綜合反映不同工況、不同封頭結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)板束單元體內(nèi)部的被測(cè)量分配不均勻情況。所得絕對(duì)值越大表示截面被測(cè)量分配越不均勻，反之其分配就越均勻。這里定義：Sv和S分別表示速度和阻力分布的不均勻參數(shù)。其中下標(biāo)ch（i）表示第i個(gè)通道的測(cè)量值，下標(biāo)ave表示截面平均測(cè)量值。N表示總通道數(shù)，為便于比較分析，將與入口管來流相同的方向定義為縱向，垂直來流方向定義為橫向。a和3b分別表示的是在Re=15⑴時(shí)3種封頭結(jié)構(gòu)冷卻器橫向和縱向出口截面平均流速分配情況。從圖中可以看到，目前工業(yè)中普遍應(yīng)用的基本型封頭A下出口截面流速分布極其不均：對(duì)應(yīng)入口管附近的第12和17個(gè)通道的速度值極高，最高速度為2.270m/s而遠(yuǎn)離入口管處于截面四角的第1 52630個(gè)通道速度值極低，最低速度為0.228m /s最大流速比0為9.951不均勻參數(shù)又為0.652m/s橫向平均速度最大和最小值分別為2.056m /s和0.601m/s縱向平均速度最大和最小值分別為1.776m /s和/s而在改進(jìn)型封頭內(nèi)加入打孔擋板的封頭下，無論是順排還是錯(cuò)排孔板，其中央位置高流速區(qū)的速度大大降低，而四周低流速區(qū)的速度均明顯升高，流速分布比較均勻，最大流速比0和不均勻參數(shù)Sv較基本型都有很大改善。
　　對(duì)著入口管的地方孔徑較小，可以使來流受到較大的阻力，從而使得四周的孔中流過的流體增多，而四周較大的孔徑保證了分流來的流體順利通過。由于錯(cuò)排孔板在當(dāng)量直徑的變化上更具有連續(xù)性，因而可以使得經(jīng)過孔板四周的流體速度不至于降得過低，從而提高了整個(gè)板束出口截面流速分布的均勻性。
　　（2）不同Re下封頭結(jié)構(gòu)對(duì)冷卻器出口物流分配的影響表1反映了不同封頭結(jié)構(gòu)下的不均勻參數(shù)Sv與Re的變化關(guān)系。從表中可以看出，隨著Re的增大，3種封頭結(jié)構(gòu)的流速不均勻參數(shù)Sv越來越大，這說明冷卻器出口的物流分配將會(huì)變得越來越不均勻。因此Re是影響板翅式冷卻器物流分配的重要因素，而2種改進(jìn)的孔板型封頭較之基本型封頭均有很大改善，錯(cuò)排型封頭的物流分配效果始終優(yōu)于其它2種結(jié)構(gòu)。
　　表1不同封頭下Sv與Re的變化關(guān)系似的部分特性，主要表現(xiàn)在流量相近的通道其流動(dòng)阻力也比較相近，在流速較高的區(qū)域，也是流動(dòng)阻力較大的區(qū)域，這主要是因?yàn)橥ǖ牢锪鞣峙涠�，則流動(dòng)速度就快，從而增加了流動(dòng)阻力，引起通道整體阻力增加。但流動(dòng)阻力的分布特性又表現(xiàn)出其本身的部分特性，也就是流動(dòng)阻力的截面分布更加不均勻，在物流分配的高流速區(qū)，也是流動(dòng)阻力較大的區(qū)域，兩者比較而言，流動(dòng)阻力分布由于通道流量分配的不同，變得更不均勻。
　　500時(shí)不同封頭結(jié)構(gòu)下冷卻器阻力分布的參數(shù)比較。從表中可以看出：基本型封頭A的3 0路出口的阻力范圍非常大，最大值為2910.58Pa最小值僅為221. 17Pa阻力不均勻73Pa最大阻力比0~為13.16而C型封頭比其它2種封頭，其出口通道壓差分布沒有出現(xiàn)大的“階躍”說明其結(jié)構(gòu)更合理。
　　表2不同封頭結(jié)構(gòu)下阻力分布的參數(shù)比較封頭結(jié)構(gòu)A型B型C型2.不同封頭結(jié)構(gòu)冷卻器流動(dòng)阻力特性的研究以下通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量板翅式冷卻器出口截面通道與總管入口的壓降，以及冷卻器進(jìn)出口總管的壓降，可以了解物流分配的不均勻性對(duì)板翅式冷卻器內(nèi)部流動(dòng)阻力分布的影響，同時(shí)研究了進(jìn)出口總管間的流動(dòng)阻力隨著Re的變化規(guī)律，為板翅式冷卻器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要的價(jià)值。
　�。�1）板翅式冷卻器出口截面通道與入口總管的阻力分布是Re=1500時(shí)基本封頭板翅式冷卻器出口截面通道流動(dòng)阻力分布圖，從圖中可以看出，流動(dòng)阻力分布表現(xiàn)出與出口通道的物流分配相從表中可以看出，2種改進(jìn)型封頭30路出口的最小阻力損失比原始封頭要大得多，究其原因：一般地阻力包括3個(gè)部分：入口封頭段、冷卻器心體部分和出口封頭段，在工程計(jì)算中，主要是計(jì)算冷卻器心體部分的壓差，忽略了進(jìn)出口封頭段的壓差損失，但是對(duì)改進(jìn)型的封頭而言，由于添加了打孔的擋板，造成了入口段的壓差數(shù)值很大，使得整個(gè)冷卻器部分的壓差損失增加顯著。
　　結(jié)合物流分配實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，孔板型封頭結(jié)構(gòu)在改善物流分配均勻和換熱性能的同時(shí)，其阻力分布也有所提高，因此在強(qiáng)化換熱的同時(shí)，必須對(duì)冷卻器整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其換熱性能達(dá)到最佳。
　　（2）板翅式冷卻器進(jìn)出口總管的阻力分布表明了在不同封頭結(jié)構(gòu)下，板翅式冷卻器進(jìn)出口總管的流動(dòng)阻力隨Re變化的情況，總管出口即30路出口通道重新匯合成一個(gè)出口管。從圖中可以看出：Re較低時(shí)，流動(dòng)阻力的變化較小，而隨著Re的增加，3種封頭下的流動(dòng)阻力都大幅上升，但孔板型封頭的阻力增幅更快，這主要是由于在其內(nèi)部加一不同結(jié)構(gòu)的孔板，造成冷卻器的流動(dòng)阻力不同程度的增大。另外發(fā)現(xiàn)不同的封頭結(jié)構(gòu)對(duì)進(jìn)出口總管的流動(dòng)阻力的影響有較大的差別，其中封頭A的總管間流動(dòng)阻力最小，而且增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢，但其分配效果最差；順排不均勻孔板封頭B的流動(dòng)阻力最大，其分配效果優(yōu)于封頭A而錯(cuò)排不均勻孔板封頭C分配效果最好，并且壓降增幅不大。
　　進(jìn)出口總管的流動(dòng)阻力與Re的關(guān)系將圖中的Ap-e關(guān)系進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，得到各個(gè)封頭的進(jìn)出口總管流動(dòng)阻力與雷諾數(shù)的關(guān)系式。
　　當(dāng)Re=0時(shí)，根據(jù)上式計(jì)算其流動(dòng)阻力并不等于0主要是由于系統(tǒng)測(cè)量誤差、數(shù)據(jù)加權(quán)平均以及擬合等過程中產(chǎn)生的誤差造成的，以上擬合誤差不大于5%上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：物流分配的不均勻性會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力分布更不均勻，進(jìn)而使各出口通道間總管流動(dòng)阻力急劇增大，而封頭結(jié)構(gòu)和Re對(duì)板翅式冷卻器內(nèi)部物流分配的不均勻性具有較大影響，因此封頭結(jié)構(gòu)和Re也是影響冷卻器流動(dòng)阻力的決定因素。
　　結(jié)論通過結(jié)構(gòu)�；瘜�(shí)驗(yàn)研究了3種封頭結(jié)構(gòu)下板翅式冷卻器出口物流分配的情況。發(fā)現(xiàn)工業(yè)用基本型封頭的物流分配極不均勻，而孔板型封頭結(jié)構(gòu)對(duì)于改善物流分配有明顯效果，能夠有效地降低不均勻參數(shù)和最大流速比。
　　研究了不同情況下板翅式冷卻器的阻力分布特性，發(fā)現(xiàn)物流分配的不均勻性會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力分布更加不均勻，因此封頭結(jié)構(gòu)和Re不但是影響冷卻器物流分配的重要因素，也是影響阻力分布的決定因素。擬合出板翅式冷卻器進(jìn)出口總管的流動(dòng)阻力與Re的關(guān)系式。
　　影響板翅式冷卻器物流分配和阻力分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，錯(cuò)排孔板型封頭結(jié)構(gòu)的改善效果最佳。

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