陈军 邱芬 杨峻

南京圣诺热管有限公司（江苏南京 210009）

热管是一种高效相变传热元件，在冶金、石油、化工等生产过程中的热交换、余热回收中起到一定的作用。由热管组成的换热器装置，有气体与气体之间、气体与液体之间的换热装置，还有回收气体热量用于产生蒸汽的热管式蒸汽发生器（在化工生产中特别是余热回收产蒸汽系统中应用）。为提高传热性能，通常采取提高其对流换热系数，如增加肋片、内插件等强化传热方式，以及调整冷热流体的流动等方式。过增元院士[1]在此基础上提出了对流换热强化的场协同原理，即：对流换热的性能不仅取决于流体的速度和物性以及流体与固壁的温差，还取决于流体速度场与热流场间协同的程度，以及流体速度矢量与热流矢量间的夹角，在相同的速度和温度边界条件下，它们的协同程度愈好，换热强度就愈高。他率先提出换热器能效高低取决于换热器温差场的均匀性，并唯象地提出了换热器优化设计的一种新的方法——温差场均匀性原则，其表述为：在相同的传热单元数和热容量流比的条件下，换热器冷、热流体间温差场愈均匀，则其效能（换热效率）愈高，同时熵产愈小。为表征换热器温差场的均匀性，定义了一个温差场均匀性因子Φ：

式中：T（x,y）和t（x,y）分别为热流体和冷流体的温度，K；L，W为换热器尺寸，m。

本研究应用该原则对所研究的热管蒸汽发生器进行分析。

1 烟气横掠热管的场协同分析

烟气与热管进行对流换热，烟气流动方向与热管轴向垂直，处于湍流流动状态，热管的排列方式及管子的横向间距、纵向间距均对传热有很大影响。……