熱能1201徐贏

1、板式換熱器如何實現(xiàn)在低Re下達到湍流狀態(tài)，分析其流動和換熱性能 式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。板片之間布滿網(wǎng)狀接觸點, 流體沿著板間狹小通道流動, 其速度大小方向不斷改變,形成強烈的湍流, 從而破壞界層, 減少液膜熱阻, 因此, 它與常規(guī)的管殼式換熱器相比,在相同的流動阻力和泵功率消耗情況下, 其傳熱系數(shù)要高出很多。1、馬學虎通過實驗測定了在R e 范圍內(nèi)，板式換熱器A 以及板式換熱器B 的傳熱特性、阻力特性, 并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)回歸了相應板片傳熱系數(shù)、阻力系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式, 計算值與實驗值有較好的一致性。并且分別從板片的波紋傾斜角、間距、高度等三方面對板

2、式換熱器的傳熱、阻力影響進行理論分析,提出在低R e 下, 從對換熱效果的影響程度來看,波紋的間距要大于波紋的傾斜角、波紋高度; 而對壓降的影響程度, 波紋間距要小于波紋傾角、波紋高度。實驗詳細如下：一、 實驗研究為了測試板式換熱器的性能, 自行設計了一個實驗臺, 流程如圖1 所示。實驗用介質(zhì)是水; 冷側(cè)水由泵抽送, 經(jīng)過流量計測量其流量后, 進板式換熱器, 熱水以恒定的溫度經(jīng)流量計進換熱器與冷側(cè)水進行換熱, 被冷卻的換熱器熱側(cè)出水返回到冷水罐中, 而換熱器冷側(cè)出水返回到熱水罐中;用溫度控制儀和加熱器來控制水箱的水溫恒定; 測溫原件用熱電偶。實驗是用等速法, 測定冷側(cè)、熱側(cè)水的進出口溫度和壓力

3、。熱電偶的校正精度為± 0. 1 ;測量壓力是用數(shù)字壓力表, 校正精度為± 0. 1kPa。通過A gilen t34970 數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)對實驗裝置的穩(wěn)定性進行實時監(jiān)測, 系統(tǒng)穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)測定和采集。每個點采集10 個數(shù)據(jù), 同一工況下, 重復兩次實驗取平均值。本實驗分別對板式換熱器A (GX27 × 49) 和板式換熱器B (B32052225) 在低R e (200 1 300)下進行研究。換熱器的尺寸參數(shù)見表1。實驗數(shù)據(jù)處理（1） 傳熱計算在穩(wěn)定的操作條件下, 物性是確定的, 2只是m 的單值函數(shù), 用逐步逼近法可求m 和C。（2） 阻力計算對所獲得的

4、實驗數(shù)據(jù), 分別求出f 和E u, 以及在此條件下的R e, 然后通過回歸, 就可以得到阻力系數(shù)或歐拉準數(shù)的關(guān)聯(lián)式。二、實驗結(jié)果圖2、3 分別是總傳熱系數(shù)、壓降與板間流速之間關(guān)系曲線?？梢钥闯? 在本文所要研究的板間流速(0. 02 0. 11 m ös) 內(nèi), 隨著流速的增大, 總傳熱系數(shù)增大, 在同一流速下,A 的總傳熱系數(shù)要大于B 的, 而且流速越大, 二者的差距越大; 對于壓降, 在同一流速下B 的壓降要比A 的大20%。說明在此板間流速范圍內(nèi), 換熱器A 的性能要好于換熱器B 的。依據(jù)實驗數(shù)據(jù)回歸得到的傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式、摩擦系數(shù)關(guān)聯(lián)式為板式換熱器AN u = 0. 008 9

5、R e1. 085 1P r0. 333 3E u = 53. 075R e- 0. 361 2(200 < R e < 1 300) 由圖4 可知, 上式計算的總傳熱系數(shù)與實驗值最大誤差小于10% , 因此關(guān)聯(lián)式是可信的。板式換熱器B:N u = 0. 008 3R e1. 166P r0. 333 3(200 < R e < 800)三、分析和討論A、B 兩種板式換熱器在傳熱及阻力特性存在的差異, 究其原因板片結(jié)構(gòu)的不同是主要影響因素。首先, 二者的波紋傾斜角不同。通常在傾斜角未達到60°時, 流動狀態(tài)為兩組十字交叉流, 即流體先在一側(cè)板上沿溝槽流動, 當

6、到達板的邊緣處時, 象被反射似的折轉(zhuǎn)到通道另一個板片的溝槽中流向另一邊緣。因此, 每股流體在溝槽中流動時均受到相對板片上流體作用的切向力。當B為45°時, 該切向力與流動方向垂直。正是這個力導致了流體沿溝槽的二次漩渦運動, 這一運動形態(tài)是PHE 強化傳熱的基本驅(qū)動因素。當B大于45°時, 切向力的一個分量與主流是反向的。可以認為, 這是傳熱和阻力均隨傾角增長的內(nèi)在原因之一3 。當波紋傾斜角達到60°附近時, 流體仍主要沿溝槽流動, 但折返點不再出現(xiàn)于板片的左右兩側(cè), 而是發(fā)生在波紋的觸點。流動呈連續(xù)的并行小波紋狀, 認為就是兩股交叉流動在相反方向上的互相拖曳作用最

7、終導致了在傾角60°附近流動形態(tài)的根本改變。其次, 二者的波紋間距、波紋高度不同, 波紋間距越大, 板與板之間的接觸點越少, 對流體的擾動作用越小, 從而換熱效果下降, 但壓降同時也相應減小; 波紋高度越大, 則流道的當量直徑越大, 流體的湍流程度越小, 換熱效果及壓降減小。換熱器A 與換熱器B 相比在波紋傾斜角小、波紋高度高、波紋間距小的情況下, 傳熱效果更好, 而壓降更低, 從而可以得出在低R e 下, 波紋的間距對換熱效果的影響要大于波紋的傾斜角、波紋高度的影響; 而對壓降的影響程度, 波紋間距要小于波紋傾角、波紋高度。2、還有其他一些學者也對板式換熱器在低Re下傳熱與阻力性能進行了探索及實驗。Muley在低雷諾數(shù)狀態(tài)下, 對水- 水和水- 蔬菜油介質(zhì)板式換熱器進行了阻力實驗,分析了不同波紋傾角板片