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标题: 【求助】计算仿真燃气透平内冷通道的流动换热特性的文章 [打印本页]

作者: jishiben 时间: 2016-4-16 10:54 标题: 【求助】计算仿真燃气透平内冷通道的流动换热特性的文章

求助各位能动的同学，小妹是学机械的，主要是做仿真模拟。最近投了篇计算仿真燃气透平内冷通道的流动换热特性的文章，结果审稿人的问题几乎都是针对我计算验证所用到的实验数据的可信度和误差上的，关于实验我确实好多东西都不太懂，无奈了，在此请各位同学帮我分析一下审稿人的意见吧，顺便帮我看看我的回答有啥问题没，先谢谢了~~
审稿问题：
1. 论文对实验换热系数额获取尚未解释清楚。如：实验中是通过测量壁面温度来计算换热系数的，该壁温应该是外壁温。然而，计算换热系数（式（1）中）应为内壁温，若壁面温度均匀，且导热热阻可忽略不计，或内侧为平表面，则没问题。但是，由于内侧为有肋壁面，有肋部分与无肋部分壁温有较大差异，且似乎也没办法进行处理（由于换热系数未知，故肋效率也未知），故有此测得的换热系数可信度如何，作者应予以说明。
非常感谢审稿人提出的意见。本试验参考Han的热电偶测点方案布置，在测量的关键位置（0.5 以上是我回复的审稿人的答案。提交了以后，结果今天二审意见回来了，还是关于这个问题的：
论文作者已对论文作了相应修改。但第一个问题尚有可商榷之处。由于按方程（1）所做的计算结果是否正确是有条件的，即由此获得的换热系数为平均值应有个条件，即肋片效率等于1，或接近于1（否则的话误差较大）。然而，文中所提到的肋片长度达80mm，其肋效率是否足够大，作者应予以说明。
实验通道的肋片长厚度为2.5mm，高度2.5mm，肋间长度为22.5mm，材料是不锈钢，导热系数19(W/K/m2).
请问大家，审稿人说的这个肋效率是指的单个肋片的肋效率，还是肋面总效率呢？
第一个肋效率我计算出来大约为0.69，第二个肋面总效率为0.9225.
或者说，此测得的换热系数可信度，这个问题大家觉得应该怎么回答审稿人比较好呢？非常感谢大家的建议和意见呀~~~

作者: daomei 时间: 2016-4-16 10:54 标题: 【回复】

有肋效率和翅片总效率之分，两者也是不同的，第二次给你提出的修改意见中说你的翅片长达80mm个人觉得这个效率达不到你说的那个效率值，具体的肋效率就是实际换热量与理论换热量比值中而引进的。你的内肋结构如果一样的话只需要求出一个单元的肋加基本面积的效率即可。你需要说明下你的换热系数是怎么一个值，在根据换热器来计算求得肋效率。

作者: 燕子@ 时间: 2016-4-16 10:54 标题: 【回复】

楼主你好，关于你的问题我有几个想法，如有不妥望见谅。
1. 我觉得你第一次的rebuttal并没有直接面对reviewer提出的问题，而是采用了迂回的方式来进行回答，而且并没有解释问题。因此，才有了reviewer的第二次remark。p.s.: 这个referee真心不错啊，还给了楼主第二次机会。楼主要把握好，这次好好改。
2. 楼主的case里，材料是不锈钢，楼主在第一次的rebuttal里解释到材料的导热快，所以分布应该均匀。但是，事实上不锈钢在所有的金属导热材料里，导热系数算是很低的，仅是铜的1/10（可参考任意一本《传热学》）。另外，根据楼主对内肋的描述，2.5mm高，而且是导热性差的不锈钢，我根据自己的经验也觉得总效率达不到0.9225（楼上也提到了）。
3. 本次rebuttal中，楼主只需集中分析对流换热系数HTC的准确性就行。我认为可以换一个思路来获得内侧的HTC：
（1）总的热阻Rt等于外侧热阻Ro+壁面热阻Rw+内侧热阻Ri；
（2）总的热阻Rt等于总的换热量Q除以换热温差,其中Q可以根据热端（冷端）的热量损失（增加）求得；
（3）外侧由于是流体外掠圆管（或者是圆管外自然对流，楼主没有说明），所以外侧的HTC可以由经典的关系式求出，进而Ro可知；
（4）至此，Ri 可以求出，所以内侧HTC=1/ Ri
p.s.: 这种方法适用与否取决于那篇实验paper里有没有提供相应的数据。

作者: efp 时间: 2016-4-16 10:55 标题: 【回复】

刚才发现自己算错了，把h当H了，惭愧，谢谢上面两位同学的指正。
lizhouhang10同学，谢谢你的建议和意见，我还是挺晕的，想继续请教一下，以下是部分文章原文：
试验段外璧面包裹了绝热层，认为是绝热边界条件。
带肋通道采用厚度为3mm、长度为1016mm的耐热不锈钢1Cr18Ni9Ti焊接而成，横截面尺寸为80mm×40mm。试验段通道的上下壁面顺排布置了与流向垂直的不锈钢肋片，其尺寸为2.5mm×2.5mm×80mm，肋片间距为25mm。在试验段外壁面沿中心线上一共焊接了74个精度为1%的E型热电偶。在测量的关键（0.5 Nu=(D/λ)
式中：q/A为试验通道壁面单位面积上的热流通量，在忽略试验段外壁面热损失的情况下，等于壁面单位面积上的电加热功率；Tw为通道内壁面温度，在稳态试验条件下，忽略金属壁面的导热热阻，近似等于热电偶的测量值；Tb为蒸汽的局部体积平均温度，假定在流动通道内蒸汽的温度呈线性升高，通过测量通道进出口的蒸汽温度即可计算出测点位置对应处蒸汽的Tb；Dh是通道的水力直径，等于53.33mm；λ是流体在进出口平均温度下的导热系数。
审稿人觉得在肋片处用外壁面的温度代替内壁面的温度导致得到的换热系数不可信。可是我都说了通过方程Nu=(D/λ)计算得到的Nu数为肋间局部平均换热系数了。也没有在肋片上布置测点，那跟肋效率又有什么关系呢？晕死了...

作者: 青青草 时间: 2016-4-16 10:55 标题: 【回复】

我感觉你还是有点不太理解referee的意思。referee不是不赞成平均换热系数，因为事实上对于内侧换热，由于肋片上有温度梯度，所以一般都是用平均换热系数来表征其换热效果。referee的意思是，你在用Nu=(D/λ)计算内侧 HTC 的时候，因为不锈钢的导热系数较低，同时肋片较高，所以导热热阻是不能简单地忽略的，内壁面平均温度跟外壁面温度是不一样的，所以如果要使用外壁面温度代替内壁面温度，你需要给出它的不准确度，或者说不确定度。
如果原实验中外侧是电加热，那么我之前所说的方法就不适用了。楼主要想得到内壁温度，只能数值求解或者是做近似分析得到近似的理论解了（根据传热学课本中，三维稳态导热的能量守恒方程计算）。但是，对于有内肋的情况，这个就比较复杂了。。

作者: 大花猫bb 时间: 2016-4-16 10:56 标题: 【回复】

谢谢lizhouhang10同学的分析，可是肋片的高度只有2.5mm，我在没有通冷却气体的时候，测量了靠近通道入口处的肋片上的温度和肋间壁面的温度，两者温差并不是大（30度的时候差2度，50度的时候差7度，130度的时候差15度），这样，我能够说这样近似认为肋片上的温度和基面温度相等，在假定肋效率为1的情况下计算冷却介质的换热系数吗？

作者: 燕子@ 时间: 2016-4-16 10:56 标题: 【回复】

这样应该不行吧。。30度的时候差2度，50度的时候差7度，130度的时候差15度，基本都在10%左右，这个温差已经挺大了。我前久做过一个算例，肋片是铜的，沿翅片的温差大概是7-8%，比你的小多了，但是计算结果表明对换热系数的影响还是有的，大概5%。所以我觉得你这个温差应该是不能忽略的。

作者: 兔子 时间: 2016-4-16 10:56 标题: 【回复】

这样应该不行吧。。30度的时候差2度，50度的时候差7度，130度的时候差15度，基本都在10%左右，这个温差已经挺大了。我前久做过一个算例，肋片是铜的，沿翅片的温差大概是7-8%，比你的小多了，但是计算结果表明对换热系数的影响还是有的，大概5%。所以我觉得你这个温差应该是不能忽略的。

作者: daomei 时间: 2016-4-16 10:57 标题: 【回复】

直接根据审稿人的意见修改啊，测量的换热系数应该是计算出来的，重新计算吧。不锈钢的导热系数才19，太低了。而且管内并非是相变传热，这样肯定导热热阻不可忽略。实验测量的换热系数就应该从新计算。计算方法最好参照2楼的。
如果2楼所说的一些参数，楼主是没有的话。
这样方法可以改成利用迭代出肋片表面壁温的方法来做吧。
计算肋效率时用肋面总效率。
最好误差分析，必然少不了的了。

作者: 钻石 时间: 2016-4-16 10:57 标题: 【回复】

注意：在用2楼的方法计算的时候，不要忘记内侧的换热系数需要乘上肋效率。
即1/AoK=1/(ηhi)/(Ao/Ai)+1/Aoho+R导
K是总传热系数，η是内肋片总效率，hi内侧换热系数，ho外侧换热系数。Ao是外侧换热面积，Ai是内侧换热面积。

作者: 哈密瓜 时间: 2016-4-16 10:58 标题: 【回复】

用EES软件简单算了一下
对于平壁面上的矩形截面的翅片，厚度2.5mm，高度2.5mm，导热系数19W/m·K的情况下，对流系数从5到100W/m2·K之间对应的翅片效率
翅片效率对流换热系数
0.999       5
0.998       10
0.997       15
0.9961       20
0.9951       25
0.9941       30
0.9931       35
0.9922       40
0.9912       45
0.9902       50
0.9893       55
0.9883       60
0.9874       65
0.9864       70
0.9855       75
0.9845       80
0.9836       85
0.9826       90
0.9817       95
0.9807       100
提醒：我对LZ主帖的描述有疑问，即审稿人提到翅片长度达到80mm，是指翅片的长度还是翅片的高度，翅片效率跟翅片的长度应该是没有关系的。参数对应关系如图。图中，th为翅片厚度，L为翅片高度，W为翅片长度。
如果我前面的理解是正确的，那么LZ可以根据现在已经算出来的对流换热系数看看效率在多少左右，再重新算一遍对流换热系数，手工迭代一两遍基本就可以得到正确值了，因为效率的变化不会太大。

作者: 美人鱼 时间: 2016-4-16 10:58 标题: 【回复】

谢谢同学，这个问题已经解决了感觉是审稿人把宽度和高度理解错了 (*^__^*) 嘻嘻…… 你的建议很好非常感谢

作者: 灵魂 时间: 2016-4-16 10:59 标题: 【回复】

您好，您是做换热器实验的是吧，能把相关论文发给我看看嘛，我在企业做相关测试

作者: 兔子 时间: 2016-4-16 10:59 标题: 【回复】

我不是做换热器的，我是做叶片冷却的，跟换热器还不太一样咯

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