不同折流板換熱器的傳熱與流阻性能對比

1、不同折流板換熱器的傳熱與流阻性能對比1 引言換熱設(shè)備在化工過程中起著至關(guān)重要的作用，其投資費用一般占全部投資費用的 40%左右.傳統(tǒng)的管殼式換熱器單位體積的傳熱面積較低，傳熱系數(shù)不高，難以滿足生產(chǎn)要求，因而,高效換熱器的研究越來越得到重視螺旋折流板換熱器就是最近出現(xiàn)的一種高效傳熱的 換熱器.螺旋折流板換熱器突破了殼程介質(zhì)流橫向垂直和管子相切的傳統(tǒng)觀念，流體在殼側(cè)呈連續(xù)柱塞狀螺旋流動（即 plug 流）,不會出現(xiàn)傳統(tǒng)折流板換熱器內(nèi)的流動“死區(qū)”，并且由于旋流產(chǎn)生的渦與管束傳熱界面邊界層相互作用，使湍流度大幅度增強，有利于提高殼側(cè)傳熱膜系 數(shù)1.PStehlik 等2對螺旋折流板換熱器進行研究得出

2、,相同條件下與傳統(tǒng)弓形折流板 換熱器相比換熱器的傳熱系數(shù)提高 1.8 倍,流動阻力降低 25%陳世醒等3研究發(fā)現(xiàn),對于水 這樣的低黏度流體，相同流量單位壓降的殼程對流傳熱系數(shù)，螺旋折流板換熱器約為普通弓形 折流板換熱器的 2.4倍;對于高黏度油品，相同流量下單位壓降的殼程對流傳熱系數(shù)，螺旋折 流板換熱器約為普通弓形折流板換熱器的1.5 倍,研究表明螺旋折流板換熱器不僅適用于低黏度流體,也可用于高黏度流體.總之，螺旋折流板換熱器具有傳熱效果好.流動壓降小.不易 結(jié)垢.流動誘導(dǎo)振動小等優(yōu)點4.本實驗所采用的螺旋折流板換熱器是由若干塊四分之一殼體橫截面的扇形折流板呈螺旋狀自 進口向出口處推進，這樣介

3、質(zhì)在整個殼體中連續(xù)，平穩(wěn),旋轉(zhuǎn)著流動，避免了大角度折返帶來的 嚴重壓力損失，減少了能耗.同時由于折流板螺旋分布使殼體介質(zhì)產(chǎn)生旋渦，從圓心到半徑方 向存在較大速度梯度，這個梯度場有效的在管子表面產(chǎn)生湍流，使邊界層減薄，提高膜傳熱系 數(shù).本文以螺旋角為 12為例,研究螺旋折流板換熱器與弓型折流板換熱器的傳熱與流阻性能 為螺旋折流板換熱器的工業(yè)應(yīng)用及與其他新型強化傳熱管的結(jié)合使用提供參考.2 實驗裝置與流程為了研究螺旋折流板換熱器的傳熱與流阻性能，本文采用的實驗整體裝置與流程 如圖1 所示，實驗系統(tǒng)由兩部分組成，第 1 部分為熱柴油（熱水）回路，熱柴油（熱水）經(jīng)過儲油（水）罐（2,3）離心泵（8）轉(zhuǎn)

4、子流量計后進入換熱器（1）,冷卻后回到儲油（水）罐；第 2 部分為冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)，由儲水罐（4）水泵組成,通過閥門（5）調(diào)節(jié)冷卻水的流量.在柴油以及冷卻水 的進出口分別設(shè)置測溫點，安裝銅-康銅熱電偶，用微伏級電子毫伏計測量進出口溫度；柴油和 冷卻水的流量分別用轉(zhuǎn)子流量計測量；根據(jù)壓力表（7）的讀數(shù)可以分別得到工質(zhì)在換熱器的殼 程內(nèi)流動的總壓降.I 科 * （J jlSil定船慄體誡世與流程示老削|挾熱胡:誦揪札訴；電普感詩閥門叢蛭予瞌$訃；T也力春由離車換熱器為單殼程.雙管程,螺旋折流板為單頭螺旋.其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 數(shù)據(jù)處理方法2.圖】fL熱器的樂崗護惡*1改變柴油(熱水)工質(zhì)的流量，記錄不

5、同流量下柴油(熱水)和冷卻水的進出口溫度 及流量以及換熱器殼側(cè)進出口壓力表的讀數(shù)3.1 計算殼側(cè)傳熱膜系數(shù)修正威爾遜法要求的已知條件或限定條件少，比較適合管殼式換熱器的傳熱試驗數(shù)據(jù)處理5.本文在得到換熱器的總傳熱系數(shù)后采用修正威爾遜分離法來計算換熱器的管 內(nèi)外傳熱膜系數(shù)若熱平衡時吸熱量和放熱量相差在土10%內(nèi) ,認為實驗數(shù)據(jù)可靠，予以采用.3.2 計算殼側(cè)流體流動的阻力對螺旋折流板換熱器殼側(cè)流體進行流路分析，可以得到At媾麗渝押的壓降理一D - ft R , m ,H蠻確胡距衛(wèi)；I.換規(guī)辭K度.看N；沿栓向琶心然上華J圈的布曽郴數(shù)；M沿帰向布泮圏數(shù)；u T均流理小*；i圍丿J忝恥；P -矗度.

6、kg/ n? *式中.-I Ni | + WJ/2j -I時戰(zhàn)陽=M考慮啟碇析jft板熾孔與件蔭之間有一定的泄汛 刖入陸止系數(shù)n -吟u式巾 咕一總誡雖Vt- 主謊盤，E K ；H泄訛量修止素建!按潦體在IS旋通逍內(nèi)謹逾一周的用降町以護_匸1 2r山廣竺i成黑廠D(t_式巾訂一泄流陽丿丿壤數(shù)，訂=t T均件心更阿先取n=1 作為初值,流速為全流.由式(1).式 有ApO=(L/B)Dpu2m/2(6)據(jù)此全流速時的 D 值.將 D 值代入式 得一新的n值,將n與n比較,若相對誤差小于給 定精度,則認為此n值為所求,否則式中A-管程流通總面積,m2;上角標-迭代后的新值，下角標-管外.將 u m

7、 及對應(yīng)的厶 p0 值再次代入式（6）,反復(fù)迭代,直至得到滿足精度要求的n值,最后阻力 系數(shù)可由式 求出.4 實驗結(jié)果與分析在 4m3/hwW0C 19m3/h 試驗條件下兩種換熱器的殼側(cè) 傳熱膜系數(shù)隨流量（W0）的變化曲線以及殼側(cè)流體流動的阻力系數(shù)隨流量（W0）變化的曲線,分 別如圖 3,圖 4,圖 5,和圖 6 所示.ft 折ILIi- 一 、-一* 10 U M 16 lffis從圖 4 和圖 5 可以看出，隨著流量的增大，由于湍流度增強，換熱器的殼程傳熱膜系數(shù)有所提高 而在相同流量下,螺旋折流板殼程傳熱膜系數(shù)比弓型折流板的高33%-136%且隨 W0 的增大,傳熱膜系數(shù)比換熱器提高的幅

8、度也增大這是由于螺旋折流板殼程的特殊結(jié)構(gòu)，柴油（水）在殼側(cè) 螺旋通道內(nèi)流動時，柴油（水）與管壁的剪切運動可以造成邊界層不斷分離，減薄邊界層，從而 減少傳熱熱阻，達到強化傳熱的效果；流量越大,強化傳熱效果越好，因此螺旋折流板換熱器在 較大流量下更能發(fā)揮其強化傳熱的優(yōu)勢12弓解訴et遐OfiBO10121416 IB*-i*團從圖 3 和圖 6 可以看出,隨著流量的增大,柴油（水）在螺旋折流板換熱器和弓型折流板換熱器 的阻力系數(shù)有所減少，在相同的流量下，由于流體在螺旋折流板換熱器螺旋通道內(nèi)形成射流 （即 Plug流），柴油（水）在螺旋折流板換熱器的阻力系數(shù)要比弓型折流板換熱器低15%-35%.5結(jié)論以柴油（水）為工質(zhì),流量在 4m3/hwW （K19m3/h 范圍內(nèi),螺旋折流板換熱器的殼側(cè)傳熱膜