摘要：提出并采用了换热器强化传热性能评价准则，即强化换热器单位换热量的熵增应小于原来换热器单位换热量的熵增。这一准则，试图从热力学第一定律与第二定律结合的角度，对强化传热效果进行质和量两方面的综合评价。基于该评判准则，选用了一种冷水表面式冷却器，对于不同翅片结构的两种换热器方案进行了流动、传热及热力学特性的计算；通过对计算结果的比较分析，确定了一种较优的冷却器翅片结构，并认为所采用的换热器强化传热评价准则是合理可行的，可以在换热器的优化设计中应用。
关键词：熵增 强化传热 冷水表面式冷却器
1 引言
强化传热是传热学研究的重要方向，被称为第二代传热技术。换热器强化传热性能的方法较多，见于报道的已有几十种。对单相对流换热、沸腾换热和凝结换热，许多强化措施在传热增强的同时也引起了流动阻力增加，从而导致换热器强化传热综合效果可能降低。因此，对换热器强化传热性能评价准则的研究是十分重要且必要的。传热增强与阻力增加是一对较难完全解决的矛盾，一个好的换热器设计、优化工作往往是在双方之间取得了较好的折衷。以往的换热器强化性能评价准则大多是从能量数量角度衡量，如Nu/Nu0、(Nu/Nu0)/(ξ/ξ0)、（Nu/Nu0）/(ξ/ξ0)1/3、Kay-London的j（传热因子）-f（摩擦因子）因子分析法，R.L.Webb的纵向比较法等[1]，这些评价准则虽然反映了换热器一些重要的流动与传热特性；但随着强化传热与节能研究的深入，也需要从热力学第二定律的角度对能量质量进行衡量。在用热力学第二定律评价换热器强化性能方面，已经开展了一些初期工作，如A.Bejan的熵产单元数法、火用分析法等，但对换热器的换热量却没有考虑。本文试图从传热过程中能量的数量、质量两方面来对换热器的强化传热进行评价，提出并采用的评价准则为；强化后换热器单位换热量引起的熵增值应该是减小的，减小的程度即表明了性能提高的程度。计算时，将综合采用热力学、传热学和液体力学的研究结果。
2 评价准则
换热器强化前后的模型见图1、2。
图1 原来换热器图 图2 强化换热器
对换热器强化的假设：
(1) 冷热流体的质量流量（
1、2）分别不变；
(2) 冷热流体进入换热器的状态参数分别不变；
(3) 换热器体积不变；
(4)环境温度为T0。
按热力学第一定律进行能量平衡分析：
（1）
1(h1-h1é)= =2(h2é-h2) （2）
按热力学第二定律进行熵增分析：
原来换热器的有效能损失n1
n1=1(ex1-ex1e)+2(ex2-ex2e)
=1[(h1-h1e)-T0(s1-s1e)]+2[(h2-h2e)-T0(s2-s2e)] (3)
这里，h,s,ex分别代表比焓、比熵、比火用。将式（1）代入式（3）
n1=[1(s1e-s1)+2(s2e-s2)]T0 (4)
强化换热器的有效能损失n2
n2=1(ex1-ex1é)+2(ex2-ex2é)
=1[(h1-h1é)-T0(s1-s1é)]+2[(h2-h2é)-T0(s2-s2é)] (5)
将式（2）代入式（5），得到：
n2=[1(s1é-s1)+2(s2é-s2)]T0 （6）
本文制订评价准则的根据是：换热器强化传热后，强化换热器单位传热量的有效能损失应该小于原来换热器单位传热量的有效能损失，即：
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