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纵向流绕丝管管束换热器的试验研究点击：1981 日期：[ 2014-04-26 22:21:09 ] |
| 纵向流绕丝管管束换热器的试验研究 吴家声 屈仁均 罗发智 (武汉化工学院机械系)(湖北长江石化设备制造厂) 摘要：研究表明，纵向流管外绕丝管束换热器在生产上可满足强化传热和限定压降的要求。其综合性能指标介于普通光管和新型变截面管管束之间，但压降却小得多。其突出特点是制造简便，造价低廉。 关键词：换热器 绕丝管 纵向流 由于生产和科学技术发展的需要，强化传热技术(包括表面特殊处理法、粗糙表面法、扩展表面法、扰动流体法、涡流发生器、螺旋管、添加物以及静电场法等)倍受重视，各主要工业国都对此进行了大量的研究与开发，不少成果业已在工业上应用。国内华南理工大学、天津大学、清华大学等在强化传热方面也做了大量工作，取得了可喜的进展。华南理工大学、清华大学等校在换热管内插人各种可使流体旋转的内插件，如以扭带、螺旋扭带、插人大孔隙绕丝等来进行管内无相变强化传热。湘潭大学采用在横纹管管间插入Φ16.5X1.5、节距lOm m 的螺旋扭片进行传热管外强化。华南理工大学则主要侧重于在管壁上扩展传热面，如对翅片管、螺旋槽管、变截面管、表面多孔管、T管、针翅管、横纹管等进行了卓有成效的研究。该校化工机械研究所更侧重于管束强化，如折流杆管束、混合管束等等，并根据不同的工艺条件与换热工况，设计制造了不同结构形式的新型高效换热器，且已经在炼油、化工、制冷、电站等行业得到应用，取得了较大的经济效益。强化 传 热 方法繁多，其目的不外是提高系统和设备的经济性，确保设备的安全生产。但是，采用所选择的强化传热措施后，需要增加多少设备制造费用?制造工艺复杂性如何?是否容易实现批量生产?这些实际问题不得不直接面对。本课题研究的目的之一就是如何降低换热器制造成本，简化制造工艺，用最简单的方法达到强化传热、限定压降以适应不同工况 的生产需要。 1 绕丝管管束换热器试验研究 1.1 绕 丝管管束换热器设计原理 绕丝管管束换热器，它是以截面为圆形(或半圆形)的金属丝(直径d为2^-6mm)，以一定间隔(螺旋线节距)缠绕紧贴在光管管壁上，形成螺旋形强化圈。生产上使用的普通光管管束换热器的管壁粗糙度小，在层流状态下，低速流体贴着管壁平滑地流过，不形成旋涡，且一般采用折流板(杆)支承。而绕丝管管束换热器之流体不再平滑地流过管束，流体流动呈螺旋状，在管壁附近形成旋涡，并因表面张力作用可把流体拉向绕丝的基部，流速也可提高。这种换热器不需要折流板(杆)的支承，完全为纵向流，可减少设备用材及重量。采用绕丝管束换热器，其管间距和缝隙完全由绕丝尺寸决定，管与管之间由绕丝接触支承(采用不同种绕丝组合方式，可得到不同的△p,K及最佳的K/Op值)。同时，具有良好的传热与流体力学性能，可增大传热面积，提高管外传热膜系数，且压降增加不多。特别是其制造工艺简单，其管端外径尺寸不变，管均与普通光管相同在管板上穿管、胀管、焊管均与普通光管相同。因此，在不改变传统设备结构设计和制造的情况下，绕丝管管束换热器的应用优于普通光管管束换热器。 1.2 试验结果及分析 绕丝管单管结构如图1所示。本试验研究采用的绕丝管与光管结构参数如表1所示。纵向流绕丝管管束换热器与普通光管及新型变截面管管束换热器L’〕在相同的流体及其质量流率下，壳程压降△p值的比较如表2所示，总传热系数K值的对比如图2所示。两种换热器综合指标K/Op值的比较如表3所示。由表2可知， 新型变截面管管束换热器压降最大，而绕丝管管束换热器压降仅比光管换热器略高一些。由图2和表3可看出，绕丝管管束换热器综合性能K/op比光管换热器好。另外，试验研究还表明，绕丝管管束换热器的金属丝螺旋线节距t与金属丝直径d的比值(t1d )为15^-20，金属丝直径d与管子直径Φ的比值(d/Φ)为。:1-。.2，传热效果较为理想，且绕丝管管束换热器传热系数约为普通光管的2倍。图1中t为金属丝螺旋线节距，d为金属丝直径，曰为换热管直径，Φ为换热管长度。 2 结语 试验研究表明，纵向流绕丝管管束换热器可提高壳程传热强化效果，而其压降也不大。与目前已有的新型换热器相比，纵向流绕丝管管束换热器制造简便，造价低廉。 参考文献 1.付玉华，王庆均，吴家声，薛建设.纵向流混合管束换热器试验研究.武汉化工学院学报.1999. 21(4): 49^52 2.吴家声，李婷，王庆均。付玉华.纵向流混合管束冷凝器的研制.石油化工设备技术，1999, 20(5): 6^-8 |
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