螺旋板式換熱器的傳熱及流動特性研究_圖文

1、青島科技大學(xué)碩士學(xué)位論文螺旋板式換熱器的傳熱及流動特性研究姓名:王彥波申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):熱能工程指導(dǎo)教師:李慶領(lǐng)20070420 青島科技人學(xué)研究生學(xué)位論文一液換熱,如圖1.2中(a所示。(2一種流體在螺旋流道內(nèi)進(jìn)行螺旋流動,而另一種流體在另外的一條流道內(nèi)作軸向流動。這種形式適合于兩側(cè)流體的體積流量差別很大的情況,常用作冷凝器和氣體冷卻器等,如圖12中m1所示。(3在這種形式中,一種流體在螺旋流道內(nèi)進(jìn)行螺旋流動,而另一種流體在另一側(cè)的流道內(nèi)作軸向流動和螺旋流動的組合。這種形式適合于蒸汽的冷凝冷卻,如圖1.2中f所示。 圖1-2螺旋板式換熱器的操作方式【2】Fig.12Operation

2、modes of spiral plate heat exchanger螺旋板式換熱器具有螺旋通道,而流體在通道內(nèi)流動。在螺旋板上焊有保持螺旋通道寬度的定距柱,在螺旋流動的離心力作用下,能使流體在較低的雷諾數(shù)時發(fā)生湍流。這樣可使流體分散度高、接觸好,在通道內(nèi)作均勻的螺旋流動。流體阻力主要發(fā)生在流體與螺旋板摩擦上,這部分阻力可以造成流體湍流而相應(yīng)增加了對流換熱系數(shù),有效地利用了流體的壓力損失,能較好地提高螺旋板式換熱器的傳熱效率。定距柱在螺旋板式換熱器中有三方面作用:保證螺旋通道的距離;增強(qiáng)螺旋體的剛度;提高換熱效率,使螺旋通道內(nèi)的流體在較低雷諾數(shù)下也能發(fā)生湍流。1.3國內(nèi)外研究綜述 青島科技人

3、學(xué)研究生學(xué)位論文2螺旋板式換熱器傳熱及流動特性的實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)是研究傳熱問題最基本的研究方法。任何一種傳熱現(xiàn)象基本數(shù)據(jù)的取得都要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)加以測定,理論分析和數(shù)值計(jì)算也需要由實(shí)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)依據(jù),并且要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,另外,對很多復(fù)雜的傳熱學(xué)課題,目前分析求解和數(shù)值求解幾乎還沒有辦法。本章將采用熱一質(zhì)比擬萘升華方法,對螺旋板式換熱器傳熱與流動特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。2.1螺旋板式換熱器模型螺旋板式換熱器主要出兩張平行的薄鋼板卷制兩成,構(gòu)成一對互相隔開的螺旋形通道。冷、熱兩流體以螺旋形板面為傳熱面相問流動。在換熱器中心設(shè)有中心隔板,使兩個螺旋通道隔開。一般有一對進(jìn)、出口設(shè)在圓周邊上,而另一對進(jìn)、出口則設(shè)在中心

4、的圓鼓上。一種常用的螺旋板式換熱器的外形及結(jié)構(gòu)431,如圖2.1所示。 圍2-I螺旋板式換熱器Fig。2-1Spiral plate heat exchanger該換熱器的數(shù)學(xué)模型為一常微分方程組,求解該微分方程組,可得到冷、熱流體沿通道的溫度分布,進(jìn)而確定該換熱器有關(guān)的傳熱性能數(shù)據(jù),繪制出傳熱效率傳熱單元數(shù)關(guān)聯(lián)圖,供設(shè)計(jì)使用。為計(jì)算方便,螺旋板式換熱器通道的圈數(shù)定義如圖22所示。11 螺旋板式換熱器的傳熱_及流動特性研究2.2螺旋通道的設(shè)計(jì)表21螺旋通道的主要設(shè)計(jì)參數(shù)Chart2-1Design parameter of spiral chaflnell螺旋板寬度螺旋板厚度嫘旋通道f8j距中

5、心管直徑定距柱直徑I (II11(mm(mm(咖(唧20234030012設(shè)計(jì)的螺旋通道如圖25所示: 困2-5螺旋通道Fig.2-5Spiral channel螺旋通道實(shí)物如圖2-6所示。 2.3實(shí)驗(yàn)?zāi)康膱D2-6螺旋通道實(shí)物圖Fig.2-6Spiral channel利用熱質(zhì)比擬實(shí)驗(yàn)原理萘升華技術(shù)分別測量螺旋通道內(nèi)圓形定距柱柱面及通道底萄的對流換熱系數(shù),算出總體換熱系數(shù),與文獻(xiàn)推薦的傳熱系數(shù)進(jìn)行比較,對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行校核:分別測量螺旋通道內(nèi)三種橢圓形定距柱 螺旋板式換燕器的傳熱及流動特性研究再調(diào)零,即可進(jìn)行稱重,讀出數(shù)據(jù)。該天平的最大稱重為2209。最小的分度值為0.1mg。由于此天平

6、精度較高,易受外界干擾,故在稱量過程中須保證實(shí)驗(yàn)臺的平穩(wěn)及天平室的安靜。 阻力的測量通過測量試件前后的靜壓差來得到的。壓降用YYT-200B型斜管微壓計(jì)測量。在實(shí)驗(yàn)段|ji后各開一個靜壓孔,前端靜壓孔接微壓計(jì)“+”端,后端靜壓孔接微壓計(jì)。一”端。靜壓孔為階梯孔,內(nèi)部小孔直徑為0.5mm,外部大孔直徑為5mm。2.6實(shí)驗(yàn)過程在利用熱一質(zhì)比擬原理萘升華技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時,萘試件的制作十分關(guān)鍵,因?yàn)檩猎嚰砻尜|(zhì)量直接影響到萘的升華速率。制作萘試件主要有澆注和浸泡兩種手段,本實(shí)驗(yàn)所用的試件均在鋼模內(nèi)澆注而成。組裝后的橢圓形定距柱模具如圖2一10所示。鋼模的內(nèi)表面先機(jī)加工到1I6級以上,然后用金相砂紙手工打

7、磨到鏡面,最后再用高級大衣呢或絨布用力摩擦,使其達(dá)到充分光滑。萘試件用分析純萘澆注,在整個制作和實(shí)驗(yàn)過程中,試件不能有任何污染。橢圓形定距柱萘試青島科技人學(xué)研究生學(xué)位論文件脫模后的表面應(yīng)光滑且無任何缺陷。澆口冒口上蓋板 F_.可萬.豢j炒,.。?膨/、.r|模具工作臺圖210組裝后的模具圖圖211試件的澆注方法Fig.210Mold after aascmbly Fig.2-11Method of spechnen cast在澆注橢圓形定距柱萘試件之前,先用丙酮將模具內(nèi)表面擦拭干凈,銷子定位后用螺栓將其夾緊,然后放在電爐上預(yù)熱。在試件的制作過程中,澆注時萘液及模具的溫度和冷卻速度是能否制作成功的決定因素。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)表明,澆注時萘液的溫度應(yīng)在110120之間,而模具應(yīng)同時加熱到8090。澆注時,在模具上加蓋上蓋板,從澆口倒入,注意不要將冒口堵住(如圖211。澆注完畢后,讓萘件在模內(nèi)自然冷卻2030分鐘至室溫,然后脫模。在脫模時一定要避免污染其表面,確保表面無龜裂或疏松缺陷后,把制作成功的橢圓形定距柱萘試件,兩端面用膠帶封好之后,裝在密封袋中,防止揮發(fā)。在室溫下放置24小時以上,使試件與環(huán)境達(dá)到充分的熱平衡方可用于實(shí)驗(yàn)。 圖212特制的工作臺Fig.2-12Operating platform of 111ade-to.measure圖2-13底面試件模具圖F