研究了3種封頭結構在不同Re下對板翅式換熱器出口通道物流分配和阻力損失的影響。結果表明，基本型封頭造成板翅式換熱器內部物流分配極不均勻，而孔板型封頭結構能有效地降低不均勻參數和 流速比，改善物流分配效果;孔板型封頭結構增加了抉熱器的阻力損失和摩擦系數;錯排孔板型封頭在改善換熱器物流分配的同時，也較好地抑制了阻力損失的增加，故其結構 為合理。

　　以其 的優點， 地應用于能源、動力、化工、冶金、機械、原子能、航空和航天等領域。但由于在設計、安裝時密度波的不穩定性和壓降等原因造成流體在其內部分配不均勻，而物流分配的不均勻會引起封頭換熱器內局部通道的尺e發生變化，進而導致封頭換熱器整體效能的下降。

　　針對物流分配引起換熱器效能的影響因素，文獻[3—6]研究發現物流分配的不均勻性主要發生在封頭部分，而導流片部分的不均勻性，主要是由封頭的來流不均勻所引起的。根據封頭結構對物流分配的影響規律，筆者在數值模擬和實驗的基礎上設計了孔板型封頭結構，對比研究了兩種改進型的孔板封頭和基本封頭對換熱器內部物流分配及阻力 性的影響。

　　1 實驗系統及內容

　　實驗系統采用空氣作為實驗工質，實驗系統如圖1所示，主要由空氣回路系統和數據采集系統組成 。為了實現對截面小流量和溫度的測量，將試件的流動截面劃分為30個小區域，每個小區作為一個通道，可以進行小通道的流量和壓差測量。

　　分別對3種不同結構的封頭(圖2)進行實驗，研究其對換熱器內部物流分配及阻力(即進出口壓差)的影響。3種封頭設定如下：

　　a.工業上普遍應用的基本封頭，其結構尺寸與文獻[6]中定義的封頭A一致，設定為A型封頭。

　　b.孔板型封頭結構，在基本型封頭內部1/2高度的地方加入一不均勻打孔擋板。根據所加擋板類型，定義順排擋板為B型封頭，錯排擋板為c型封頭。

　　2 實驗結果的分析與討論

　　2.1 相同尺e下不同封頭結構物流分配的比較

　　為了便于不同封頭結構下進行比較，故將30路出口通道流速展開成一維直線，圖3為Re=1 5o0時3種封頭板翅式換熱器流速分布情況。從中可以看出基本型封頭A物流分配存在著嚴重的不均勻性，中問兩排通道的流速明顯大于其余四排通道的流速，隨著通道遠離總管軸線，其內部流量呈減小的趨勢，對應入口管附近的第l2和17個通道的速度值極高， 速度為2.270m/s;而遠離入口管處于截面四角的第1、5、26、30個通道速度值極低， 小速度為0.228m/s， 流速比0 為9.951，不均勻參數s 為0.652m/s。

　　從圖3中可以看出在基本型封頭內部添加了打孑L擋板以后，無論是順排還是錯排孑L板，其30路出口通道的流速均勻性得到了明顯的改善，其中央位置高流速區的速度大大降低，而四周低流速區的速度均明顯升高，流速分布比較均勻， 流速比0 和不均勻參數s 較基本型都有很大程度上的改善，封頭B和C的出口通道的流速沒有明顯的突升和突降，而是比較均勻。相對于封頭A，錯排孑L板封頭C的 速度降為1.471 m/s， 小速度升為1.288m/s，其不均勻參數s 僅為0.053m/s。

　　2.2 不同尺e下封頭結構對換熱器出口物流分配的影響

　　表1反映了不同封頭結構下的不均勻參數s 與尺e的變化關系。從中可以看出，隨著尺e的增大，3種結構封頭的流速不均勻參數s 越來越大，這說明換熱器出口的物流分配將會變得越來越不均勻。因此尺e是影響板翅式換熱器物流分配的重要因素，而兩種改進型的孑L板型封頭較之基本型封頭均有很大改善，錯排型封頭的物流分配效果始終優于其他兩種結構。

　　上述現象可以解釋為：打孑L擋板型封頭中央正對著入口管的地方孑L徑較小，可以使來流受到較大的阻力，從而使得四周的孑L中流過的流體增多，而四周較大的孑L徑保證了分流來的流體順利通過。由于錯排孑L板在當量直徑的變化上 具有連續性，因而可以使得經過孑L板四周的流體速度不至于降的過低，從而提高了整個板束出口截面流速分布的均勻性。

　　2.3 封頭換熱器進出口總管的阻力分布

　　由文獻[7]可知，板翅式換熱器的進出口管的阻力部分一般包括3個部分：入口封頭段、換熱器芯體部分和出口封頭段，在工程計算中，近似認為入口段的壓降和出口段的壓升相等，主要是計算換熱器芯體部分的壓差，忽略了進出口封頭段的壓差損失，其計算公式為：

　　圖4研究了在不同封頭結構下板翅式換熱器進出口總管的流動阻力隨 e變化的情況。從圖4中可以看出， e較低時，流動阻力的變化較小，而隨著 e的增加，3種封頭的流動阻力都大幅上升，但孔板型封頭的阻力增幅 快，這主要是由于在其內部加一不同結構的孔板，造成換熱器的流動阻力不同程度地增大。另外發現不同的封頭結構對進出口總管的流動阻力的影響有較大的差別，其中封頭A的總管間流動阻力 小，而且增長趨勢緩慢，但其分配效果 差;順排不均勻孔板封頭B的流動阻力 ，其分配效果優于封頭A;而錯排不均勻孔板封頭c分配效果 ，并且壓降增幅不大。

　　2.4 不同封頭板翅式換熱器的摩擦系數比較

　　相對改進型的封頭而言，由于添加了打孔的擋板，造成入口段的阻力損失很大，使得整個換熱器部分的壓差損失增加 。實驗中分別測量了不同封頭不同Re數時換熱器進出口總管的壓降，以此計算出反映阻力 性的摩擦參數圖5為按照式(1)計算出來的摩擦因子，與Re的關系圖，從中可以看出3種封頭下變化規律相同，摩擦因子/隨著 e的增大而降低。孔板型封頭結構的摩擦因子，要比原始封頭A大很多， 別是低Re下，這是由于在入口段添加了孔板的緣故，增加了其流動阻力，這表明強化了換熱器換熱的同時增大了流動阻力，符合傳熱學的基本知識。隨著 e的增加，封頭B和C的摩擦系數迅速下降，從圖5中可以看出，封頭B的摩擦系數始終大于A和c，這說明雖然順排孔板封頭能有效地改善其物流分配的均勻性，但是其阻力損失卻相當大，使其不可逆損失相應增大，進而導致換熱器換熱效能的下降。而錯排孔板型封頭c不僅改善物流分配的效果 ，其阻力損失不大， 別是在.Re較大時，基本與封頭A接近，如在Re：500時封頭A與C相差達到94.2% ，而在Re：3000時，其值只差15.7% ，這說明了在 e較大的情況下，封頭c不 效地改善了封頭換熱器的物流分配的均勻性，而且有效地削弱了由于強化換熱而造成的阻力損失，說明其結構 為合理。

　　3 結論

　　3.1 通過結構模化實驗研究了3種封頭結構下

　　板翅式換熱器出口物流分配的情況。發現工業用基本型封頭的物流分配極其不均勻，而孔板型封頭結構能有效地改善物流分配，降低不均勻參數和 流速比。封頭結構和 e數是影響換熱器物流分配的主要因素。

　　3.2 研究了不同狀況下換熱器的阻力分布 性。3種封頭結構下換熱器的阻力損失都隨著.Re的增大而增加，并通過計算其摩擦系數/，表明孔板型封頭較之基本封頭要大。同時，擬合了摩擦系數與e的關系式。

　　3.3 錯排孔板型封頭結構不僅改善物流分配的效果 ，其阻力損失也能得到較好的抑制，其結構設計 為合理。

　　橢圓封頭由于受力較好，加工較易，因此被 應用于化工、輕工、石油及制藥等行業的中低壓容器。人們通常認為橢圓封頭是由半個橢圓殼和一段直邊圓筒組成的，橢圓封頭制造時封頭展開面積 是根據這一假設推導計算的，然而構成橢圓封頭的那半個橢圓殼是不是真正的橢圓殼呢?如果不是，又當如何計算橢圓封頭的展開面積呢?筆者根據回轉殼體的基本概念詳細分析橢圓封頭的幾何形狀，并根據橢圓封頭真正的幾何形狀推導其展開面積，為制造提供準確的下料尺寸。

　　橢圓封頭幾何形狀回轉殼體基本概念殼體是被兩個曲面所限定的物體，等分殼體各點厚度的曲面稱為殼體的中面，中面是回轉曲面的殼體稱為回轉殼體，而回轉曲面則是一條平面曲線繞同平面的一根軸旋轉而成的曲面，并稱這條平面曲線為該回轉曲面的母線。回轉殼體尤其是回轉薄殼的幾何形狀通常根據中面母線來描述。

　　中面母線方程等厚度的橢圓封頭無疑也是一個回轉殼體，但無論是沖壓還是旋壓成型的橢圓封頭只能保證其橢圓殼部分的內表面(或外表面)為橢球面，中面及外表面(或內表面)并非橢球面，即其內表面(或外表面)母線是橢圓，而中面及外表面(或內表面)母線并非橢圓。中面及外表面(或內表面)母線方程可以根據內表面(或外表面)母線橢圓按如下方法推出。