哈雷钎焊板式换热器
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钎焊板式换热器传热与压降性能实验

点击:1967 日期:[ 2014-04-26 22:05:55 ]
                                 钎焊板式换热器传热与压降性能实验                                      王雷 ,朱洪明,陈亚平                           (东南大学能源与环境学院,江苏 南京 210096)     摘要:钎焊板式换热器具有高效、紧凑、节能、节材且密封性好等特点受到许多行业的青睐。 文中介绍对钎焊板式换热器进行的水-水传热性能实验和根据实验结果测得的传热系数和压降 的性能曲线。     关键词:板式换热器,传热性能实验,流动阻力     中图分类号:TK124 文献标志码:A 文章编号:1001-5523(2008)05-0034-03     钎焊板式换热器是一系列具有一定波纹形状 的金属片叠装后在真空钎焊炉内焊接而成的一种 新型高效换热器,板片之间布满网状接触点,流体 沿着板间波纹通道流动,其速度大小和方向不断改 变,形成强烈的湍流,从而破坏边界层,减少热阻。 它与常规的管壳式换热器相比,在相同的流动阻力 或泵功率消耗情况下其传热系数要高出很多。 有数 据表明,在最好的工况条件下,水侧换热系数可以 达到6 000 W/(m2 K)左右,在一般的工况条件下,水 侧换热系数也可以在4 000 W/(m2 K)左右,是管壳式 换热器的3~5倍[1]。 钎焊板式换热器的每个波纹网格结点都成为 焊接点,因此强度增加,与传统可拆式板式换热器 相比,不仅免去了容易泄漏的胶垫,而且传热板片 和两端面的夹板所需的厚度都大大减薄,降低了传 热阻力。 采用优质不锈钢材料做的这种换热器的价 格只相当于同样传热容量的采用普通碳钢材料的 管壳式换热器的价格。     由于以上特点,在某些领域钎焊板式换热器大 有取代传统管壳式换热器的趋势,为此对板式换热 器传热性能与流动阻力作一些初步的研究探讨。     1 实验装置     1.1 实验装置流程     实验装置包括,钎焊板式换热器、蓄水箱、电加 热器、水泵和阀门等组成的热水和冷水系统测量和 数据采集处理系统等。 实验系统的流程图见图1所示。                       1.2 测量系统     实验中需要测量的数据主要包括换热器热、冷 流体进出口的温度、流量和压差。实验中所采用的主 要测量仪器仪表如下:     (1)4支镍铬镍硅热电偶:型号WRNT ,精度±0.1℃, 测量范围0~400℃;     (2)2台差压变送器: 型号CYR─III D, 精度0.5 级,测量范围分别为0~150 kPa和0~250 kPa;      (3)1台Agilent34970A数据采集仪;     (4)1台Dynasonics TFXL 超声流量测量仪, 传感 器夹装在管子外面, 因而可用于交替测量冷热流体 的流量;     (5)1台磅秤:测量范围2.5~100 kg,最小刻度50 g。 秒表1只。以上两件传统计量仪器用于对超声流量计 进行初始值设定和校核;     1.3 板式换热器实验件尺寸参数     板式换热器尺寸如图2所示, 实验用的换热器 为8层板共7通道,即有6层有效换热面。                      单片板的传热面积A0=0.027 5 m2, 总传热面积 A=0.027 5×6=0.165 m2。 每个通道的流通截面积a0=0.000 22 m2,热流体 有4个通道,a1=0.000 22×4= 0.000 88 m2;冷流体有3 个通道,a2=0.000 22×3= 0.000 66 m2。 板片材料:304不锈钢;板片导热系数:λ=15 W/ (m.K) ;板片厚度0.3 mm。     2 实验方案与数据分析     2.1 实验方案     (1) 热水台阶状升温过程,保持热水流量、冷水 流量和进口温度不变;在不同的热水流量下重复。     (2) 热水台阶状升温过程,保持热水流量、冷水 流量和进口温度不变;在不同的冷水流量下重复。     (3) 分别测量热水和冷水侧通道的压差随流量 的变化关系。     2.2 实验数据分析     板式换热器的性能指标有多项[3~4],本文主要讨 论热水出口温度、冷水出口温度、传热系数与平均换 热量。图3为保持冷水侧流量和进口温度基本不变 条件下,在不同热水流量下传热性能指标随不同热 水进口温度的变化曲线。 由图3(a)可见,随着热水进 口温度的升高,热水出口温度与冷水出口温度都相 应升高,且随着热水流量增大,热水出口温度与冷水 出口温度的曲线都向上移。由图3(b)可见,随着热水 进口温度的升高,同一热水流量下的传热系数与平 均换热量都有一定幅度的增大;且随着热水流量的 增大,传热系数与平均换热量都明显增大。冷、热水 流量不变时传热系数增大的原因是因为流速基本不变,但在热水进口温度升高时,热水侧雷诺数Re1会 随着运动粘度ν随温度升高而明显降低的特点而增 大,引起热水侧换热系数增大,从而使总传热系数K 增大;图3(b)还显示了传热系数和平均换热量随着 热水流量增大有明显的增大。                            图4显示了为保持热水侧流量和冷水进口温度基 本不变条件下,在不同冷水流量下传热性能指标随不 同热水进口温度的变化曲线。 由图4(a)可见,随着冷水 流量减小,热水出口温度和冷水出口温度曲线都上 移,且冷水侧变化量较大;由图4(b)可见,随着冷水 流量减小,总传热系数与平均换热量也都有明显的 减小,这主要是因为冷水侧换热系数降低的结果。                                       图5显示了热水和冷水侧通道的压差随流速的 变化关系。由图可见,两条线几乎重合,呈现抛物线变化态势。     3 结语     本文涉及的钎焊板式换热器传热性能实验中两 侧流体的流速变化范围为0.21~0.43 m/s, 传热系数 变化范围为2 800 ~4 050 W/(m2K);而流动阻力压差 在此范围也较小。 可见板式换热器具有优良的强化 传热性能,在工业过程应用时可达到高效、紧凑、经 济和节能的目的。     参考文献:     [1]马学虎, 林乐,兰忠,等. 低Re下板式换热器性能的实验研 究及热力学分析[J]. 热科学与技术,2007,(1):1.     [2]杨世铭,陶文铨.传热学( 第四版)[M]. 北京:高等教育出版 社,2006.     [3]冯小菲,蔡建林. 影响板式换热器传热系数的因素[J]. 应用 能源技术, 2003,( 6):1-2.     [4]方武. 换热器在暖通空调工程中运行节能的探讨[J]. 建筑 热能通风空调, 2007, 26( 5):2-3. 
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