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螺旋折流板换热器流动与换热特性的试验分析点击：2058 日期：[ 2014-04-26 21:08:20 ] |
| 螺旋折流板换热器流动与换热特性的试验分析 张剑飞 李斌 黄文江 雷勇刚 楚攀 李瑞 何雅玲 陶文锉 (动力工程多相流国家重点实验室，西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安710049) 摘要：对螺旋折流板换热器的流动及换热特性进行了试验研究与分析。结果表明，当保持螺旋周期为定值时，在相同 流量下和相同壳径下，螺旋折流板换热器的壳侧压降随螺旋角增大而减小，且远低于弓形折流板的管壳式换热器;壳径减 小时，压降增加明显.相同R。下，螺旋折流板换热器的壳侧换热系数低于弓形折流板，在螺旋角为400时达到最大值. 相同流量下，螺旋折流板管壳式换热器单位压降和单位泵功下的换热系数均高于弓形折流板管壳式换热器. 关钮词：螺旋折流板;压降;换热系数;传热强化 中图分类号：TK124文献标识码:A文章编号:0253--231X(2009)01一014703 0.引言 螺旋折流板管壳式换热器在90年代初由捷克科学家Luteha，Stehlik，Nemeansky以及Kral等首次提出，并对其做了系统的研究[，研究表明螺旋折流板换热器具有压降低、振动小、结垢少，以及综合换热性能好等优点。但其核心研究成果被美国ABB公司买断，形成技术封锁，在相关研究方面还有很多工作可做。 本文对一台弓形折流板管壳式换热器及五台螺旋折流板管壳式换热器的壳侧阻力与传热特性进行了试验研究，并与弓形折流板管壳式换热器比较了相同流量下，单位压降和单位泵功下各换热器所达到的换热系数的大小，这一指标一定程度上反映了换热器能量传递效率的高低。 1.试验系统及试验方法 1.1 试验系统 本文所研究的系统以水和320导热油为换热工质。水走管内，为冷流体;油走壳侧，为热流体。试验中保证导热油进出口平均温度，即定性温度恒定 在43-44℃之间，减小由于物性数据的不确切引起的误差。试验系统见图1。 1.2 试验元件 所有换热器的管子排布方式都为45°角。螺旋折流板换热器的折流板采用中间搭接的方式，壳径的差别保证了实验范围内各换热器的R。数范围有较大的重合区域，便于分析研究。最大的一台折流 板数为40块、壳径为313mm的40°螺旋折流板换热器，达到了一般工业用产品的尺寸，用于验证其在工业实际应用中的效果。试件的几何参数见表1。 1.3 试验方法 试验采用涡轮体积流量计进行流量的测量，采用Pt100铂电阻温度计测量油和水的进出口温度。压降的测量采用4951差压变送器。所有测量参数由KEITHLEY2700数据采集仪采集进入电脑进行处理。系统的热平衡偏差小于5%。管侧换热系数通 过Gnielinski[4]公式计算得出，由于元件全新，不考虑污垢热阻，则由热阻分离法可以求得壳侧换热系数。壳侧流速取为最小通流截面处平均流速，弓形折流板换热器计算面积取壳侧相邻两折流板间壳体中心线上流动截面，螺旋折流板换热器则取壳体一个螺距下壳体中心线上流动截面的二分之一。 2.试验结果分析 2.1流动与换热特性 图2所指的壳侧压降不包括换热器的进出口段压降，这一纯管束区压降能更准确地反映结构变化 对壳侧流动特性的影响。如图，所有的螺旋折流板换 热器壳侧压降都低于弓形折流板换热器一半以上。同壳径的20°和30°螺旋折流板换热器壳侧压降随螺旋角增大而降低，流量越大，压降差距越明显。 40°与50°螺旋折流板换热器之间也体现出同样的变化规律，但是由于壳径小，虽然螺旋角度增加，压降仍较高。尺寸最大的40°螺旋折流板换热器虽然 尺寸长，但壳径较大，压降仍然最低。 从图3可以看出，相同R。数下螺旋折流板换热 器的N二数低于弓形折流板换热器30%~46%，但在螺旋角为40°时达到最大，这一结论与文献中的研究结论基本一致。而大尺寸40°螺旋折流板 换热器由于外形尺寸的差别，Nu数略低于小壳径 的40°螺旋折流板换热器。 2.2 综合性能比较 采用同流量下各换热器单位压降和单位泵功下换热系数这一指标进行综合性能的比较，一定程度上反映了换热器能量利用效率的高低。如图4和图 5所示，20°和30°螺旋折流板换热器壳侧单位压降下的换热系数较之弓形折流板管壳式换热器分别提高了30%、65%和120%、140%，单位泵功下的换热系数则分别提高了40%、60%和110%~140%。40° 和50°螺旋折流板换热器受壳径影响其综合性能有一定程度下降，但40°仍好于50°。受长度影响，最大尺寸的40°螺旋折流板换热器综合性能略低于同壳径的30°螺旋折流板换热器。 3 结论 (l)相同的螺旋周期数和壳径下，螺旋折流板换热器的壳侧压降低于弓形折流板，螺旋角越大压降越小;相同螺旋周期数下，壳径减小壳侧压降大大增加。 (2)相同Re下，螺旋折流板换热器的壳侧Nu数小于弓形折流板，螺旋角为40°时换热效果最好。 (3)螺旋折流板换热器壳侧单位压降下和单位泵功下的换热系数均大大高于弓形折流板管壳式换热器。 |
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