1　试验方案
    制造4台具有不同规格换热管的螺旋扭曲扁管换热器(换热元件见图1)和1台弓形折流板换热器试验模型,几何尺寸见表1。采用水作为试验流体介质,试验流程见图2,换热管外壁面布置热电偶,从换热器壳体上开孔引出。管程液体为热水,壳程液体为冷水。温度由热电偶测量,压力降用倒U型压差计测量,流量由转子流量计测量。对系统进行热平衡试验,测得热平衡误差在±5%以内即可。试验时首先调节好流体的体积流量,当换热器的传热和流动达到稳定之后,记录所有数据,再改变换热器的工况,稳定后再记录数据,如此重复,直到所有工况试验完毕。由于螺旋扭曲扁管换热器的结构特殊,因而其管程和壳程流体Re的计算方法不同于常规换热器,具体如下:
          
          
    2　管程传热与流阻性能
    2.1　管程给热系数
    试验中测得的5种换热器的管程给热系数αi与管程Re的关系见图3。可以看出,随着管内Re的增加,5种换热器的管程给热系数αi都在增加,增加速度逐渐减小,4种螺旋扭曲扁管换热器的管程给热系数都大于采用圆管的5#弓形折流板换热器;从1#、2#、3#螺旋扭曲扁管换热器的比较可知,在螺旋扭曲扁管其他结构参数相同时,螺距S越小,相同Re情况下,管程给热系数αi越大;比较1#和4#螺旋扭曲扁管换热器可知,在螺旋扭曲扁管其他结构参数相同时,螺旋扭曲扁管截面压扁程度越高,相同Re情况下,管程给热系数αi越大。
               
    2.2　管程阻力损失
    5种换热器管程阻力损失的比较见图4。从图中可知,随着管内Re的增加,4种螺旋扭曲扁管换热器和弓形折流板换热器的管程压力降Δp都在增加,而且增加的速度逐渐变大,4种螺旋扭曲扁管换热器的管程压力降Δp要大于采用圆管的5#弓形折流板换热器;比较图中1#、2#、3#螺旋扭曲扁管换热器可知,螺旋扭曲扁管其他结构参数相同时,螺距S越小,相同Re情况下,管程压力降Δp越大;比较1#和4#螺旋扭曲扁管换热器可知,在螺旋扭曲扁管其他结构参数相同时,螺旋扭曲扁管截面压扁程度越高,相同Re情况下,管程压力降Δp越大。
               
    2.3　管程综合性能评价
    为了说明螺旋扭曲扁管的强化传热效果,采用强化传热管综合性能评价因子[5—6]:
             
    当η大于1时,表明在同样输送功率下螺旋扭曲扁管输出热量大于普通圆管。图5所示的螺旋扭曲扁管换热器管程综合性能评价因子η随Re的变化情况,可以看出,试验用4种螺旋扭曲扁管换热器的管程强化传热综合性能评价因子η均大于1,螺旋扭曲扁管压扁程度较大的4#换热器的η明显高出其他3种螺旋扭曲扁管换热器。说明螺旋扭曲扁管相对于普通圆管而言,管程具有明显的强化传热效果,螺旋扭曲扁管压扁程度越高,其管内强化传热综合性能越好,但同时也会引起管程压力降的急剧增大。
                
    2.4　管程给热Nu与阻力系数准则关系式
    根据试验数据回归得到螺旋扭曲扁管换热器管程给热Nu和阻力系数f的准则关系式为式(2)和式(3),回归相关系数分别为0.98028和0.96548,2式适用于Re在7900到26500之间。