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高粘度流体的强化传热在过程工业中有着广泛的需求,食品、轻化工程、石油化工、机械、船舶等领域都有其应用:高粘度的食品需要需要加热到一定温度以达到消毒灭菌的目的;高粘度的重油需要冷却回收其中的能量;高粘度的润滑油也需要及时冷却以保证润滑的效果。然而,高粘度流体的传热过程却普遍存在着传热系数低、压降大的缺点,这是由于此类流体普遍存在着粘度大、扰动困难的一系列原因所致。出于经济上的考虑,既能有效提高流体的传热系数、又不显著增加泵的功耗的强化传热技术与方法便显得相当重要了。螺旋扁管是近年来发展起来的一种高效强化管,由于其独特的螺旋形通道,流体在其中被引导着反复改变流动的速度和方向,故而其能够较大幅度地提升流体的湍动程度,其传热性能可以和板式换热器相媲美;另一方面,流体在其管内流动的压降较低,优于内肋管、管内插入物等其它强化技术或方法。故而螺旋扁管是强化高粘度流体传热的一种理想管型。本文实验以环氧树脂为工质,研究了具有不同短长轴比R(R=B/A=0.27-0.47)和扭率S(导程与基管直径比,S=p/d=12.5-25)的螺旋扁管管内高粘度流体传热和阻力特性。通过测量螺旋扁管壁面温度、管内和管外流体进出口温度及流量,计算得出螺旋扁管管内环氧树脂的传热膜系数,并采用不确定度分析方法得出其最大相对误差为2.04%。在本文实验范围内(Re=24-115,Pr=2539-3719),在相同的Re下,螺旋扁管管内传热膜系数是光滑管管内传热膜系数的1.32-2.28倍,压降是光滑管的1.75-8.56倍。随着螺旋扁管短长轴比和扭率的减小,管内的传热系数和压降均有一定程度的增加,相比扭率,螺旋扁管的短长轴比对于其管内压降的影响更大,为此,为降低泵功率,应采用小扭率,大短长轴比。通过流动与传热综合强化因子对各螺旋扁管管内的综合传热性能进行了评价,结果表明,9#管(R=0.27,S=12.5)对光滑管的流动与传热综合强化因子η最高,达到了1.42-1.46,表明9#管为最佳管型。随着雷诺数增加,各螺旋扁管的流动与传热综合强化因子呈现下降趋势,表明螺旋扁管在低雷诺数下的强化传热效果较好。通过多元线性回归的方法对本文实验数据进行了相关的整理和分析,得出了螺旋扁管内传热的努赛尔数和阻力系数的准数方程式,为螺旋扁管换热器的工程设计提供了依据。Nu=82.96Re0.17Pr-0.060R-0.060S-0.047(μ/(μw))0.38f=7.33*1012Re-1.21Pr-2.31R-0.37S-0.11(μ/(μw))1.70以上两个关联式适用的范围为Re=24-115,Pr=2539-3719,R=0.27-0.47,S=12.5-25。其最大相对误差范围分别为:2.52%和12.65%。