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变截面管换热器不同管间支撑物下的实验研究点击：1845 日期：[ 2014-04-26 21:08:20 ] |
| 变截面管换热器不同管间支撑物下的实验研究 1.易宏 2.江楠 3.邓波 (1．广州市煤气公司，广东广州 510060；2．华南理3-大学化机所，广东广州 510640) 摘要：分别对管束结构为单弓形折流板、 1/3变截面管与2/3光管组合、2/3 变截面管与1/3光管组合及在1/3变截面管与2/3光管组合的基础上，再在此管柬边缘部分布置小直径管的4种管壳式换热器进行试验比较和分析。试验结果为无折流板变截面管混合管束纵向流管壳式换热器在工业上的推广提供了一定的依据。 关键词：管束结构；光管；变截面管；传热一压降 中图分类号：TE965 文献标识码：B 文章编号：1006—8805(2006)0卜0009—02 随着工业的发展，对冷换设备壳程传热的研究不断增多，其中一种壳程强化途径是改变壳程支撑物的形式。无折流板混合管束高效换热器是以光管和变截面管相邻而依靠变截面管的变形凸起作为管间支撑物的，它取代折流杆和折流板等管间支撑物。本文通过实验进而比较其与传统的折流板换热器在性能方面的差异。 1 实验 实验由以下4部分组成： (1)管间支撑物为折流板的管壳式换热器的壳程性能实验。 (2)管束结构为1/3变截面管与2/3光管组合的无折流板管壳式换热器的壳程性能试验。 (3)管束结构为2/3变截面管与1/3光管组合的无折流板管壳式换热器的壳程性能试验。 (4)由于旁路流是纵向流换热器的主要弊端，本文并进行了管束结构为1/3变截面管与2/3光管组合，且管束外缘部分布置小直径管的壳程性能试验。 1．1 实验装置和流程 本实验的主要设备是管壳式换热器，所用的换热管为φ19mm×2mm 的铝管，共有19根管子。管束外缘所用的小直径管为φ10mm×lmm的铝管。换热器壳体的直径为150mm，长度为2m。用细铁丝将管束捆住。本实验利用空气一水蒸汽对壳程进行传热和阻力实验。空气走壳程，水蒸汽走管程，两流体为逆流流动。空气通过鼓风机、热球风速仪、进口阀进入壳程。泵将水从水池中抽到汽包，通过汽包排水管进入电热锅炉加热至沸腾。为保证锅炉与汽包的汽水循环正常进行，应使汽包的玻璃板液位计保证一定读数。水汽化后进入汽包，当汽包内的蒸汽压力达到一定程度时，可进入换热器进行实验。在壳体的进出口处用温度计测量空气的进出温度。在水蒸汽进入换热器前装有液封槽，其目的是为了保证管程的饱和水蒸汽的压力恒定，由此保证饱和水蒸汽的温度恒为100℃ 。在壳程进出口处用液压计测量壳程的压力降。实验装置与流程如图1所示。 1．2 实验步骤和数据读取 (1)实验步骤 为保证实验的可靠性，实验前先进行单弓形折流板管壳式换热器的壳程验证试验。本实验所测数据有壳程进出El压差、空气进出El的温度以及进入壳程前管道中的气体流速。实验前对温度计进行校正。实验时，先将水在加热锅炉中汽 化，当水蒸汽达到一定程度时，让其进入管程，然后启动鼓风机，调节空气进El阀使一定量的空气进入换热器，利用热球风速仪测量进入壳体的空气的流速。根据所测的流速，利用质量守恒定律计算进入壳程中的流体的流量，并进一步计算壳程中空气的流速。用微压计测量壳程进出口处的压降。用温度计测量壳程进出El处空气的温度。 (2)数据读取 数据读取之前，先预热0．5h左右，以确保数据的稳定和可靠 每组数据读取3次(每次间隔15min)，取3次数据的平均值作为该组数据的确定值。每组数据记录完后，再调节进入壳程的风量，继续上述过程并再作记录，共测量1O组数据。 2 实验结果及分析 2．1 实验结果 实验结果见图2～图7。图2～ 图7中，A表示单弓形折流板；B表示2/3变截面管与1/3光管；C表示1/3变截面管与2/3光管；D表示1/3变截面管、2/3光管与布小管。 2．2 结果分析 (1)通过对管束结构为单弓形折流板的实验数据处理，与通用的关联公式计算结果相比较，除个别数据外，误差均在1O9，6以内。说明数据是可靠的。 (2)从图4可以看到，a／ap的值“C”要比“A”大1O倍左右。这说明在单弓形折流板换热器中流体横向流过管束，传热膜系数虽大，但压降亦很大。而变截面管换热器中流体纵向流过管束，传热膜系数虽较小，但压降亦小。两者的比较表明，壳程中管束结构为1/3变截面管与2/3光管的纵向流换热器的传热一压降性能要大大好于单弓形折流板的传热一压降性能。 (3)从图4还可以看到，a／&P的值“C”要比“B”大5倍左右 这说明变截面管的增多，可使传热膜系数增大，亦可使压降增大，但△声的增加幅度要大于a。两者的比较表明，壳程中管束结构为1/3变截面管与2/3光管的传热一压降性能要好于2/3变截面管与1/3光管的传热一压降性能。 (4)从图5和图6可以看到，周边布小管可以增大传热面积，提高流体的流速，使壳程传热膜系数增大，同时也会使压降增加。但从图7可以看到，a／&p的值两者相差不大。而周边布小管后传热膜系数增大了5O%左右，这说明周边布小管对解决纵向流换热器的旁路流有一定帮助。 3 结论 通过对变截面管换热器三种不同管问支撑物的实验研究，可以得出如下结论： (1)在变截面管换热器中，管束结构为1/3变截面管与2/3光管的纵向流换热器的传热压降性能最好，其所用变截面管最少，加工及安装方便，应为优先考虑的一种形式。 (2)周边布小管与周边不布小管相比，周边布小管后的传热膜系数与压降都会增大，但传热膜系数增大了5O%左右，说明周边布小管是解决纵向流换热器旁路流的一种有效办法。 |
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