螺旋折流板波槽管换热器换热与阻力实验研究

点击：1790 日期：[ 2014-04-26 22:32:11 ]

摘要：以水为工质，对螺旋折流板波槽管换热器、螺旋折流板光管换热器及传统弓形折流板光管换热器进行了壳程和管程的传热及阻力对比实验研究．结果表明，相比弓形折流板光管换热器，螺旋折流板光管换热器总传热系数和壳程换热系数分别提高50％～80％和90％，壳程阻力减少15％～20％；螺旋折流板与波槽管结合使用，换热能力进一步加强，总传热系数是弓形折流板光管换热器的2．0l～2．11倍，是螺旋折流板光管换热器的1．15～1．6倍．管壳式换热器广泛应用于石油、化工、制冷、冶金及动力等工业部门，在设备投资中占有很大比重，如何改善其换热效果，提高其经济性，一直是众多学者研究的重要方面．在以往的研究中，人们较多地通过采用强化换热管(如轧槽管、肋管、多孑L表面等 )达到提高换热器换热能力的目的．近年来，改进传热管支撑结构的努力也开始受到越来越多的重视，其中尤以螺旋支撑隔板的强化换热效果最为显著．本研究将一种波槽型强化换热管与螺旋形支撑隔板结合起来强化水一水换热器的传热，并与单纯的螺旋支撑隔板换热器及传统的弓形折流板换热器的性能进行实验对比．实验装置及实验体实验装置如图1所示，其中实线为冷水回路，虚线为热水回路．冷水由冷水泵Ⅱ即送人实验换热器的管程并与壳程热水换热后返回冷水池．电加热水箱巾的水经过加热后，被热水泵抽出，流经预热器进入实验换热器壳程，与管程冷水换热后，返回电加热水箱．为了减／j、流量波动，冷、热水回路均装有稳压罐．热水管路和换热器外壳均用保温材料包裹，以尽量减少州路向外界环境的散热损失．为了便于实验，换热器采用浮头管板式结构，实验时只需史换不同的传热管束就可以构成不同内部结构的换热器．实验使川的管束结构示意网如冈2所示． 3个管束均采川相的排列和几何参数，其巾换热管长度为l 510 nlnl；换热管数H为26根；换热管寸为 l6×l Ill13；换热管布置厅式为正角形排列；换热管材料为B30．此外，『冬I 2(b)、2(t·)巾螺旋折流板的螺旋升角均为9．8。， 2(t·)fl1僻束使用的波槽型换热管采H{l6 ×l illnl的B30光管经冷轧成型(详情参文献『5])，弓彤折流板间距和螺旋折流板螺距均为80 mm 2 实验过程及数据处理进行换热器总体传热性能实验时，维持热水流量和入口温度不变，调节冷水流量至预定值，当换热达到稳定时记录下冷热进出口水温．而进行壳程传热性能实验时，则维持冷水流量和入口温度不变，调节热水流量．由于流道结构特殊，壳程换热系数是通过公式间接计算得到，即先根据测量值计算总传热系数，利用Dittus—Boeher公式得到管稗的Nu数：式巾：h 一h 分别为管程和壳程换热系数，W／|Tf；d 一d为管子内外直径，Ill；A，为管壁导热系数， m·K． 3 传热实验结果及分析罔3给}H了热水进口温度为45℃ ，流量为l8113 ／h条件下，3种换热器的总传热系数随管内冷水雷诺数变化的实验结果．网巾GG代表弓彤折流板光管换热器；LG代表螺旋折流板光管换热器；LB代表螺旋折流板波槽管换热器(以下各巾表永方法与此相同)．r}1冈可看⋯ ，螺旋折流波槽管换热器的总传热系数明显高于其余换热器．在实验范罔内，螺旋折流板波槽管换热器的总传热系数是弓形折流板光管换热器总传热系数2．0l～2．11倍，是螺旋折流板光管换热器的1．15～1．6倍；I 螺旋折流板光管换热器是弓彤折流板光管换热器传热系数的1．5～1．8倍．图4为冷水流量l5 13 ／h，热水进口温度45℃时壳程对流换热系数随热水雷诺数变化的fH1线；『殳l5为热水进口温度45℃ ，流量l8 nl ／h条件下管程对流换热系数与冷水雷诺数的火系fH1线．从壳程H{1线可看⋯ ，在实验范同内随着热水尺e数的增加，螺旋折流饭比管换热器的壳程对流换热系数高于其他换热器，是弓形折流板光管管束换热器壳程对流换热系数的1．90～1 99倍这是冈为水在螺旋折流板支撑结构巾旱螺旋形流动，速度可以分解为2个分，一个速度分量沿管轴方向，促使流体沿管轴ru】前流动，另一个速度分量垂直于管轴方阳，促使流体绕管柬旋转流动，垂直轴方向的流动可以加强埘管束的冲刷，破坏传热边界层，使传热强化．另外，螺旋折流板换热器的壳程通道内不存在弓形折流板换热器的传热死，H不存在波槽管外表面沟槽处的滞流，这也使得螺旋折流板光管换热器换热器的壳程对流换热系数最高．可，螺旋折流饭对壳程传热的强化效果足非常理想的．就管程而，从 5}}I线I1『以看，波槽管换热的管程对流换热系数明显高于光管换热器的管程对流换热系数，实验范罔内，是光管换热器的157～2．14俯这足波槽管外表山 J 槽成型过程中管内形成状【 1肋，环状凸肋可以有效地使流体的紊流程俊增加，破坏传热边界层，从而使传热系数提高 4 阻力实验结果及分析 6为t 形折流板光管换热器与螺旋折流板波槽管换热器壳程压降比较．通过时I线可以看出，后者阻力较低，减小幅度为前者的l5％～20％原冈分析：弓形折流板垂直于换热管束，介质呈“之”字形流动，流向频繁改变，同时还会存折流板根部和端部产生大量的分流、死区和同流，导敏较大J 力损失；螺旋折流板换热器巾的介质存壳体内呈连续平稳的螺旋形流动，没有急剧的流向改变，Jl亓J时也消除了流动死区、回流等现象。压力损失较小． 5 结论 1)螺旋折流板支撑结构对换热器壳程有显著强化换热作用．在实验范同内螺旋折流板光管换热器的总传热系数和壳程换热系数约为弓形折流板换热器的1．5～1．8倍和1．9倍，而壳程阻力略有下降． 2)螺旋折流板与强化传热管结合使换热器的换热能力得到进一步强化．在实验范闱内，其总传热系数是弓形折流板光管换热器的2 0l～2．1l倍，是螺旋折流板光管换热器的1 15～1．6僻．

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