测试芬管热交换器的传热效率

热交换器在两种或两种以上流体之间传递热量。交换器使用流体物种，这些流体在提供热量的相反流中单独流动。翅片可以添加到流动区域，以方便更多的传热，因为它们增加了可用于转移的表面面积。添加的鳍减小物种流经的面积，并提供更多的边界层可以形成的表面，从而产生湍流的较少。流湍流越小，其边界层就越大。边界层抑制传热，因此湍流较少，热量传递较少。当边界层是层压时，混合很少。

在计算总传热时，使用热量可流区与传热系数之间的关系。这种关系通过公式 1 计算:

(1)

其中Q是热传递 （Btu/hr），U 是总体传热系数，A是传热的区域 （英尺^2），\T_LM是对数平均温差。

总传热系数方程为:

(2)

其中 A_b是裸露内管的表面面积，a_f是翅片的表面面积，A_LM是对数均值面积差，A 是管道的表面面积（o = 外部，i = 内部），管道的厚度为 ±x，k 是管道的导热性，h = 单个传热系数。（o=外部，i=内部）

Wilson 绘图方法使用实验数据从 MEG 流上的典型能量平衡中查找 U_oA_o，并绘制其对等到内管的 1/Re^0.8。通过拟合一条直线并查找与传热系数相关的 y 截距，并在上述方程右侧的前两个术语中进行了描述。典型的纵向矩形轮廓散热片效率方程作为第二个方程，通过最小化目标函数的平方和来求解传热系数和翅片效率。该方法适用于水流量不同的MEG流况。

为了计算传热系数，使用雷诺数，由以下方程给出:

(3)

其中 G 是流体流动的质量速度，D 是流体流动的管道直径（D_eq，等效直径将替换为 D 以计算鳍），α 是流体的粘度。纵向矩形轮廓翅片的翅片效率方程为:

(4)

其中 m 为 +（2h/kt），h 是传热系数，k 是管道的导热性，t 是翅片的厚度，b 是翅片的高度。

翅管换热器未达到湍流（图2）。鳍提供边界层形成的附加表面，通过层压和湍流理论。如果流体速度不够快，流体就不会达到湍流。鳍之间的边界层在层压区域重叠，因此流体将保持层状。

图2:每个设置的雷诺数。

比较了在MEG不同流速下带和没有翅片的管内传热量（图3）。结果表明，在相同的操作条件下，翅片管比没有鳍的管输送更多的热量。在这个实验中，散热片明显改善了传热。这是因为当可用表面积更大时，传热更有效。芬管热交换器传输更多的热量（图3），尽管雷诺数较低（图2）。

图3:每个流速在带和没有散热片的交换器之间传递的热量。

热交换器用于各种行业，包括农业、化工生产和暖通空调。本实验的目的是测试翅管热交换器的传热效率，并将其与无翅片的热交换器的理论效率进行比较。对单乙二醇（MEG）的三种不同流速和两个用于每次MEG流速的独特水流率进行了实验数据测量。Reynold 的编号被确定为带散热片和无翅片的流量，用于计算每次唯一试运行的传热系数、表面积和翅片效率。这些数据用于评估如果没有翅片，以及在哪些试验条件下发生传热，是否可能存在湍流。翅管没有到达湍流。结果表明，在相同的操作条件下，鳍管比没有鳍的管传递更多的热量，因为MEG通过热交换器的流量不会到达湍流。

在农业中，热交换器用于糖和乙醇^的加工。这两种产品都加工成果汁，必须加热才能进一步加工^2。换热器用于加热果汁以澄清^2。一旦果汁被加工成均匀的糖浆，进一步加热与交换器是必要的继续处理和形成糖蜜^2。糖蜜使用热交换器冷却，之后可以储存，以便以后处理^2。

加热、通风和空调系统，共同称为HVAC，都使用热交换器^3。家用空调和暖气装置使用换热器^3。在较大的环境中，化工厂、医院和运输中心都使用类似的热交换器 HVAC，其规模要大得多^。在化工行业，热交换器用于加热和冷却各种工艺^4。发酵、蒸馏和破碎都使用热交换器^4。甚至更多的过程，如整流和净化需要热交换器^4。