1． 流體繞流翅片管束時(shí)的管外換熱系數(shù)
首先，重溫一下?lián)Q熱系數(shù)的定義：換熱系數(shù)是指當(dāng)流體流過固體壁面時(shí)，單位時(shí)間，單位面積，單位溫差時(shí)的換熱量。應(yīng)注意，這兒說的單位溫差是指固體壁面和流體之間的溫差。本講座中，換熱系數(shù)用h
來表示，其單位是：W/ (m2.℃)
.
在上節(jié)中曾提到，翅片管的排列有順排和叉排之分，如下圖所示。由于順排和叉排時(shí)流體的流動(dòng)狀態(tài)不同，因而其換熱系數(shù)的計(jì)算式是不同的。
順排流動(dòng) 叉排流動(dòng)
所有翅片管束管外換熱系數(shù)的計(jì)算式都是由實(shí)驗(yàn)得出來的，實(shí)驗(yàn)中要考慮很多因素的影響，因而所得出的結(jié)果又叫實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。不同研究者進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)可能會(huì)得出形式上不同的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，但在同一條件下的計(jì)算結(jié)果應(yīng)該是相近的。我們的任務(wù)就是選擇信得過的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算。這兒，推薦Briggs和Young
的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。他們?cè)鴮?duì)十多種環(huán)形翅片管束進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，所有的實(shí)驗(yàn)管束都是叉排排列，管心距呈等邊三角形布置。其標(biāo)準(zhǔn)誤差在5%左右。下面只介紹對(duì)于高翅片管束的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
當(dāng)（df / d b）= 1.7 –2.4 ,
d b=12 –
41 mm 時(shí)，
h = 0.1378 (λ／db )
(db Gmax / μ)0.718
(Pr )0.333 (Y /H)0.296
式中，df ，db
：翅片外徑和基管直徑 ; Y ,H : 翅片間隙和高度
；λ,μ 和Pr 分別為
流體的導(dǎo)熱系數(shù)，黏度系數(shù)和普朗特?cái)?shù)。根據(jù)流體溫度查流體物性表得到;式中的Gmax
是流體在*窄截面處的質(zhì)量流速，單位是Kg /
(m2. s) .
所謂*窄截面是指相鄰兩翅片管之間夾縫中的截面。由上式可知，影響換熱系數(shù)h*大的因素是流速，與Gmax的0.718次方成正比。如何應(yīng)用這一關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算，后面將通過一個(gè)例題加以說明。
1． 流體繞流翅片管束的流動(dòng)阻力
Robinson 和Briggs
對(duì)十多種叉排環(huán)形翅片管束進(jìn)行了等溫條件下的流動(dòng)阻力測(cè)試。實(shí)驗(yàn)范圍是：
Re
= ( db Gmax / μ ) =
2000 –
Pt
/ db = 1.8 –4.6 ,
此處，Pt 即插圖中的 S1,
為橫向管間距；
df
/ db = 1.7 –2.4
db
= 12 –41 mm
阻力即壓力降的表達(dá)式為：
△P= f × ( N G2max) / 2 ρ 單位是Pa
上式中，N是縱向管排數(shù)，f
是摩擦系數(shù)，是一個(gè)無因次數(shù)。對(duì)于按等邊三角形排列的管束，由下面的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算：
f = 37.86 （db
Gmax / μ）- 0.316 ( Pt /
db ) –
0.927
由上兩式可見，影響翅片管束壓力降△P的主要因素是：**是流速，與Gmax
的2－0.316 = 1.684 次方成正比；第二是管間距，幾乎與Pt
的一次方成反比。所以，為了降低阻力，可以選用較大的管間距和降低流體的流速。
3 計(jì)算舉例
有一翅片管束，等邊三角形叉排排列，其迎風(fēng)面積為2m×2m
, 流過管束的空氣流量為 kg
/h，該翅片管束的幾何結(jié)構(gòu)為：
CPG（φ38×3.5 / 70 /
6 / 1 ）------（關(guān)于這一表示的含義請(qǐng)看第二講）
管間距：92 ，
縱向（流動(dòng)方向）的管排數(shù)為10排。空氣的進(jìn)口溫度為20℃，而出口溫度為100℃。
試計(jì)算空氣流過該管束時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)和壓力降。
3-1 查取在平均溫度下的流體物性：
平均溫度=（20+100）/ 2
= 60℃
，在此溫度下空氣的物性值為：
密度 ： ρ= 1.06 kg / m3 黏度 ：μ=
20.1 ×10-6 kg / (m.s)
導(dǎo)熱系數(shù)：λ= 0.029
W/(m.℃) 普朗特?cái)?shù)：Pr= 0.696
3-2 計(jì)算流速：
迎風(fēng)面上的空氣質(zhì)量流速：Gf = /3600 / (2×2) = 2.22 kg /m2
s
*窄截面積/ 迎風(fēng)面積
（Pt×1000）－(2×db/2)×1000 － (1000/
6) ×T×H×2
=
---------------------------------------------------------------------------
=
Pt×1000
= (92×1000－38×1000－166.6×1×16×2 ) /
(92×1000) =
0.529
*窄截面上的質(zhì)量流速：
Gmax=Gf / 0.529 =
2.22 / 0.529 = 4.2 kg / m2.s
3-3 計(jì)算換熱系數(shù)
h = 0.1378 （0.029 / 0.038 ）（0.038×4.2
/（20.1×10-6））0.718
×0.6960.333×
（5/ 16）0.296 = 34.3 W / (m2℃)
經(jīng)計(jì)算并參閱第二講，該翅片管的翅化比為 8.72
，翅片效率為 0.78 ,
這樣，以基管外表面為基準(zhǔn)的換熱系數(shù)為：
h = 34.3×8.72×0.78 = 233 W
/(m2.℃)
3-4 計(jì)算壓力降
首先計(jì)算摩擦系數(shù)，f = 37.86 [(0.038×4.2) /
(20.1×10 -6 )] -0.316 (92
/ 38) -0.927
=0.9946
流過10排管束的壓力降，△P = f ×( 10 ×4.2 2 ) /
(2×1.06) = 82.76 Pa
對(duì)于每一排管的壓力降 = 82.76 / 10 = 8.276 Pa
