不同螺旋角螺旋折流板換熱器殼側(cè)傳熱性能研究

發(fā)布時(shí)間：2011-10-25 瀏覽：5605

管殼式換熱器具有應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、清洗方便等優(yōu)點(diǎn)¨。]，弓型折流板換熱器是一種傳統(tǒng)的管殼式換熱器，但弓型折流板換熱器的這種結(jié)構(gòu)存在著殼側(cè)流體流動(dòng)方向改變頻繁，沿程壓降較大，易出現(xiàn)流動(dòng)死區(qū)、旁流和漏流，且容易積垢，較高的質(zhì)量流速易誘導(dǎo)換熱管的振動(dòng)，縮短使用壽命等弊端【4,8 J.2O世紀(jì)60年代，從改變折流板布置方式的角度，提出了螺旋折流板換熱器的思想.9O年代出現(xiàn)了這種新型的管殼式換熱器的商業(yè)產(chǎn)品.目前，歐美、俄羅斯和日本等國家已在使用，國內(nèi)尚處于開發(fā)階段.

　　螺旋折流板換熱器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是改變傳統(tǒng)弓形折流板的Z形流動(dòng)方式，設(shè)法將折流板設(shè)計(jì)成與管束有一個(gè)傾斜角度，布置成近似的螺旋面，使換熱器中的殼側(cè)流體實(shí)現(xiàn)連續(xù)的螺旋狀流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)有效地降低殼側(cè)的流動(dòng)阻力及強(qiáng)化傳熱的目的.從而消除了傳統(tǒng)弓形折流板阻力大、有死區(qū)、換熱系數(shù)小的缺點(diǎn)，但目前國內(nèi)沒有對螺旋折流板換熱器進(jìn)行系統(tǒng)的劃分和規(guī)范化，本文正是為螺旋折流板換熱器的規(guī)范，奠定試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ).

　　1實(shí)驗(yàn)研究

　　文獻(xiàn)[6]和[7]進(jìn)行了螺旋折流板換熱器的換熱及壓降試驗(yàn)研究.測試試件螺旋角分別為1 7 7r／180，24 7r／180，35 7r／180，40 7r／180，44 7r／l8O.得出結(jié)果認(rèn)為，一定的沿程壓降下，與弓型折流板相比，螺旋折流板殼側(cè)換熱系數(shù)大于弓型折流板換熱器，而且隨著螺旋角的增大而增大，并得出40 71／180為最佳螺旋角，大于4O 7【／l8O時(shí)換熱系數(shù)突然下降.但文獻(xiàn)中并未報(bào)道各試件的具體結(jié)構(gòu)及折流板的搭接形式.文獻(xiàn)[6]所進(jìn)行的螺旋折流板換熱器殼側(cè)螺旋流動(dòng)的模擬試驗(yàn)表明：隨著傾角的繼續(xù)增大，特別是在2571／180 40 71／180之間時(shí)，Nu數(shù)的比值隨之迅速增加，并在傾角為40 71／180時(shí)達(dá)到最大，之后又隨傾角的進(jìn)一步增大而迅速下降.可見，傾角在25 71／180—40 71／180時(shí)，其換熱效果要比完全錯(cuò)流時(shí)好.前捷克斯洛伐克的Lutcha和Nem.canskv對于有無中心管的相同角度和結(jié)構(gòu)(殼體內(nèi)徑與中心管外徑之比為5.3)的螺旋折流板換熱器進(jìn)行了試驗(yàn).研究結(jié)果表明：在相同的Re時(shí)，無論加熱或冷卻，使用中心管結(jié)構(gòu)的Nu數(shù)都明顯低于不用中心管的結(jié)構(gòu)，無中心管的比有中心管的螺旋折流板換熱器殼側(cè)換熱系數(shù)高出30%.即：中心管的存在破壞了渦旋核心的產(chǎn)生，因此減弱了換熱.在國內(nèi)，西安交通大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院換熱器研究課題組提出了一種螺旋折流板的結(jié)構(gòu)及其加工方法J.一個(gè)周期的螺旋折流板由三塊平面板組成，相鄰折流板之間采取不同的搭接形式.并對該種結(jié)構(gòu)的螺旋折流板換熱器進(jìn)行了傳熱和阻力性能的研究.

　　基于上述思想本次實(shí)驗(yàn)對殼層直侄為(p273×9 I11I11，30 7r／180，40 7r／18O螺旋角的螺旋折流板換熱器芯組進(jìn)行傳熱性能測試，

　　1.1試驗(yàn)主要設(shè)備及儀器

　　主要測試儀表、設(shè)備為：精密溫度計(jì)，U型管壓差計(jì)；流量計(jì)(LZB一100轉(zhuǎn)子流量計(jì)‘).

　　1.2試驗(yàn)流程

　　實(shí)驗(yàn)時(shí)分別測試水一水換熱和水一油換熱兩組實(shí)驗(yàn)，如圖l，

　　1.3試驗(yàn)件參數(shù)

　　2臺(tái)換熱器芯組都是由44根兩管程長2 498mm 6919 x 2.0換熱管排成，把不同角度的螺旋折流板結(jié)構(gòu)說明如下：折流板形式：螺旋形；折流板參數(shù)：30~r／180，40~r／180螺旋角；其它結(jié)構(gòu)：單螺旋對接阻流板.

　　1.4測試過程

　　殼程阻力性能：在室溫下測量殼程阻力改變，流量范圍4～30 m／h；傳熱性能：測量范圍4～3Om／h內(nèi)，總傳熱系數(shù)隨流量變化的關(guān)系.

　　2測試結(jié)果

　　(1)管內(nèi)冷水，殼程熱水測試結(jié)果見表l、表2.

               

 

                  

　　(2)管內(nèi)冷水，殼程重柴油測試結(jié)果見表3、表4，

               

 

   　3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

　　在管層為水，殼層為水和柴油兩種情況下，分別測得在殼層不同流量下進(jìn)出口的溫度.

　　3.1通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成熟公式計(jì)算出試驗(yàn)的管外膜傳熱系數(shù)