低Re下板式换热器性能的研究及热力学分析

点击：1786 日期：[ 2014-04-26 22:31:57 ]

低Re下板式换热器性能的实验研究及热力学分析马学虎1,　林　乐1,　兰　忠1,于庆杰1,　于春健1,　白　涛1,　林　英 2(1.大连理工大学化学工程研究所,辽宁大连　116012;2.中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司技术发展处,辽宁大连　116032) 摘要:实验测定了两种不同板式换热器在低Re条件下(200<Re<1300)的传热性能及阻力特性。根据实验数据分别从板片波纹的倾斜角、间距、高度等三方面对板式换热器的传热、阻力影响进行理论分析,在低Re下,从对传热效果影响程度来看,波纹的间距要大于波纹的倾斜角、波纹高度;而对压降的影响,波纹的间距要小于波纹的倾斜角、波纹高度。根据实验数据回归了相应板片传热系数、阻力系数的经验关联式,计算值与实验值有较好的一致性。并对板式换热器进行了热力学分析。为板式换热器在小流量、低流阻情况下的工业应用提供板型设计、流程设计的理论依据。关键词:板式换热器;低雷诺数;低流动阻力;热力学分析中图分类号:TK124文献标识码:A 0　引　言板式换热器自19世纪面世以来,经过一百多年的发展,已广泛应用于石油、化工、食品、冶金、机械、制冷等行业,尤其在低品位能量的回收与利用中,更显示了它的优越性。板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。板片之间布满网状接触点,流体沿着板间狭小通道流动,其速度大小方向不断改变,形成强烈的湍流,从而破坏边界层,减少液膜热阻,因此,它与常规的管壳式换热器相比,在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下,其传热系数要高出很多[1]。关于板式换热器的研究报道很多。赵镇南[3]阐明了板式换热器人字波纹通道中的基本流动模式以及波纹倾斜角对板式换热器性能的重要影响。分析计算和测试均可以证明,在相同阻力降下,小角度的板片可以具有和大角度板片基本相同的对流传热膜系数;许淑惠等[4]对水在两种不同板型的板式换热器的进出口段内流动的压力分布、流阻及流型显示进行了实验研究,观测了该换热器进出口段内流动分布、流型规律,实测了沿宽度方向的压差分布并计算了进出口段各槽道的流阻,从而揭示了影响板式换热器分流效果的因素;Yasar[5]对空气流通水平平直波纹板实验,在1200≤Re≤4000时,测定不同流道高度对换热流动阻力的影响,发现Nu随着流道高度的增加而增加,而压力梯度降低,摩擦系数增大,换热效果降低,得出窄流道换热效果更好的结论;Focke[6]采用可视化,并通过类比关系来估计传热速率。实验观察发现:在波纹倾斜角达到60°以前,摩擦因数f和传热的科尔本因子j均随倾角增大迅速升高。β=60°～80°,f与j仍然呈上升趋势,但速度减缓。倾角在72°～80°时,摩擦因数和传热同时具有极大值;Gut等[7-9]通过定义板式换热器结构参数(流道数、流程数、流体位置、进料相对位置和板间流动类型)对板式换热器进行优化结构设计,并通过实验证实了相关模型的可靠性;Rao[10]研究了板间流量非均匀分布对板式换热其性能的影响。通常板式换热器的最佳板间流速[2]是0.2～0.6m/s,然而对于某些处理量小,压降要求比较严格的工况,流体只能在低流速下运行,因此在低Re情况下,研究板式换热器的传热及阻力性能是十分必要的。本文的研究重点是在低Re范围内板式换热器的尺寸参数对传热、阻力的影响。通过对板式换热器A以及板式换热器B的传热特性、阻力特性进行实验研究,为板式换热器在小流量、低流阻情况下的工业应用提供板型设计、流程设计的理论依据。

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