文 献 综 述

一：研究目的和意义:

自从 20 世纪 70 年代初石油危机发生以来，以能源为中心的环境问题、生态问题和社会经济问题日益加剧，世界各个国家都充分认识到了节能的意义，寻找新能源和能源的合理利用已经成为了各国工业良性发展的核心问题[1、2]。能源产业已经成为中国经济建设的重点之一，能源的合理开发和利用，需要依靠提高能源效率来完成。在这种情况下之下，出现了各种各色的节能技术。强化传热是一种合理高效的利用能源以及节约能源的必要途径。但是，在实际工业生产中，应用强化传热技术最多的是热交换器。从而促进新型热交换器技术的不断发展。热交换器广泛应用于制冷，空调，化工以及制药行业。热交换器性能上的改进对于提高相关产品的质量，能量的利用率和系统的运行率起着至关重要的作用。因此，为了节约能源和降低能耗，并且提高工业生产的经济效益，需要开发满足不同行业要求的高效传热设备。这些年以来，对热交换器的研发和对热交换器性能的研究已经逐渐成为各行业所关注的主题。而作为热换介质的水也不断地得到研究。而本次的研究将以水为对象，通过对热交换器内的水在对流换热过程和压降特性研究中获得详细的传热数据。并且所测量的传热系数以及压降等数据可以应用于随后的生产。

二：国内外研究概况：

2012 年清华大学朱宏晔、杨星团等[3]对单相水和蒸汽在不同尺寸的螺旋管内部流动和传热的过程以及壁面局部传热特性进行了模拟研究。计算结果发现，局部传热在远离螺旋中心线区域比较强，而当靠近螺旋中心线时一侧时，传热比较薄弱，此外，壁面Nu沿周向分布也极其不均匀。直径与螺旋直径的比率是主要的影响因素。在从层流到湍流过渡区的过渡中，随着雷诺数的增大，横截面的上各点温度梯度均随之增加，与此同时也增加了Nu沿周向分布的不均匀的程度，但是在比较旺盛的湍流区域内，雷诺数对Nu的分布并无明显的影响。壁面的热边界条件形式对局部Nu沿周向分布并没有比较显着影响。现在已经有一些关于在螺旋管内水的传热系数相关的关联式做出了相关的研究，如Jung和Cavallini和Zecchin提出的一些公式。有许多的研究是专门针对在螺旋管内两相流的热换系数相关的关联式，并且还有一些是在旺盛紊流的条件下螺旋盘管内单相流的换热系数相关的关联式。然而，在过渡紊流的阶段，用实验对螺旋管内单相流的换热系数的关联式发展的却很少。

顾红芳，孙丹等 人[4]模拟研究了在螺旋管外的V形槽内的水的强化传热特性。 根据V形槽的冷凝传热特性，将V形槽的流动区域分为传热区和液流区两区，并在这两个区域中，分别建立相关的理论模型，并进行相关的数学描写，以此来分析这两个区域之间的换热以及流动的关系，可以获得在螺旋管外V形槽冷凝传热的理论解，并由此归纳出广泛适用于实际项目的热交换准则关联式

以前的研究主要侧重于流体在梯形通道，圆形管道，矩形通道和平行板通道的流动和热传递[7]，多采用经典的连续介质模量[5]，重点对表征流动特性的摩擦系数和表征传热特性的努谢尔特数进行研究[6-10]。然而， 对于单相流体来说，管中流体的流动模式主要分为层流和紊流。 然而，对于多相流来说，在管中存在许多种类的流动模式。层流的状态表现成流体质点的摩擦和变形，而紊流状态表现成液体颗粒的相互作用和渗透。

广东工业大学的刘祥云，史宝斯等人[11]在稳定的状态下，对水在不同的肋高度和不同肋数下对螺旋内肋铜管流动阻力和传热特性的进行了实验研究，以无螺旋肋的光滑铜管作为使用基准，研究了螺旋内肋高以及螺旋条数对换热效果和阻力的影响。研究结果表明，有螺旋肋的管内换热的效果都有着明显的提高，在螺旋肋高度在0.25mm时钢管的换热效果最好，肋的高度抗阻系数随着肋高的增加而增加，螺旋肋的数量也越多，传热效果也越好。还有学者研究三维微肋以及螺旋管这两种强化手段结合起来，重庆大学李隆键等人[12]对三维内肋螺旋管内水的强化换热特性进行了实验研究，研究表明：三维内肋扩展表面对螺旋管内的流动换热特性有比较好的强化效果，两种三维内肋螺旋管的传热性能优于肋高度相对较高的强化表面。

同济大学的陈志光，秦兆奎等人[13]利用实验的方法对水在螺旋换热器内对流传热系数进行了测量，利用Fluent软件对螺旋管周围的温度场进行了数值模拟。研究结果表明，在实验范围之内，水 - 水螺旋管的传热系数范围，而且 Fluent软件模型的建立可以反映温度场的实际情况，其模拟结果和实验的温度分布基本一致。

当流体在管中流动时，由于其自身的粘性而不可避免地产生阻力。 当螺旋管中的流体流动时，由于受到离心力的影响，会使流体沿垂直方向沿着横截面产生二次循环，使得流动阻力比直管要大得多，而且也使得传热效果比直管要大。