蒸發(fā)冷卻板式換熱器的傳熱與阻力實(shí)驗(yàn)研究

發(fā)布時(shí)間：2010-1-13 瀏覽：3281

      換熱器是各種換熱設(shè)備中非常關(guān)鍵的部分，在化工， 冶金，電力，制冷，輕工等企業(yè)中占著很重要的地位。相 對(duì)于管式換熱器來(lái)說(shuō)，板式換熱器擁有換熱性能更好，體 積更小，價(jià)格更低 1 ，一個(gè)世紀(jì)以來(lái)它在單相領(lǐng)域中得到 了廣泛的應(yīng)用。

        蒸發(fā)式冷卻器相對(duì)于其它型式的冷卻器來(lái)說(shuō)，由于 其利用了物質(zhì)相變的能量，因此其傳熱性能更好，效率 更高，結(jié)構(gòu)更緊湊。目前對(duì)換熱器利用間接蒸發(fā)進(jìn)行冷 卻的研究已經(jīng)很多，既有理論研究，又有 CFD 研究其中 還不乏實(shí)驗(yàn)研究。文獻(xiàn) [2] 對(duì)板式換熱器的換熱準(zhǔn)則進(jìn) 行了研究，但是沒(méi)有提到噴淋水量對(duì)傳熱具體的強(qiáng)化效果。 本文主要研究板式換熱器在空冷過(guò)程中利用噴淋水 來(lái)進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，并對(duì)其阻力特性進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)流程介紹

        本文實(shí)驗(yàn)對(duì)象為板式換熱器，實(shí)驗(yàn)的流程如圖 1，具 體參數(shù)為：

        板式換熱器的幾何外形尺寸為 600 mm × 300 mm × 250 mm，板片厚 2 mm，換熱器為雙流程 12 通道。實(shí)驗(yàn) 介質(zhì)為空氣和熱水，送風(fēng)量用噴嘴進(jìn)行測(cè)定，溫度均采用精度為 0.1 ℃水銀溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

 

1.2 實(shí)驗(yàn)操作

        本實(shí)驗(yàn)主要的研究目的是在實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi)研究板式 換熱器在噴淋工況下可能對(duì)空氣側(cè)傳熱有影響的幾個(gè)因 素，并對(duì)在噴淋工況下由于噴淋的作用所造成的阻力增 大情況。為此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中做噴淋工況的實(shí)驗(yàn)，同時(shí) 為了進(jìn)行比較以說(shuō)明效果，有必要進(jìn)行與噴淋工況相對(duì) 應(yīng)的干工況實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理方法

        由于板片之間的間距比較小，在板片上安裝測(cè)溫 元件比較困難，因此本實(shí)驗(yàn)測(cè)定的是整體的換熱系數(shù) K。根據(jù)換熱器前后安置的干濕球溫度計(jì)測(cè)定的溫度以 及風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量可以求出換熱器空氣側(cè)的換熱量Q。根 據(jù)公式

 

        在本實(shí)驗(yàn)中，噴淋實(shí)驗(yàn)與干工況各個(gè)對(duì)應(yīng)的工況相 比只是增加了噴淋水，因此考慮噴淋水蒸發(fā)對(duì)傳熱強(qiáng)化 的影響主要是對(duì)噴淋水噴淋強(qiáng)度的影響。本實(shí)驗(yàn)先在干 工況的條件下對(duì)空氣側(cè)的傳熱進(jìn)行研究，擬合出空氣側(cè) 的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，然后再在相同的條件下，研究噴淋條件 下的傳熱情況下，相對(duì)于干工況時(shí)的強(qiáng)化倍數(shù)，最后由 實(shí)驗(yàn)得出強(qiáng)化倍數(shù)與噴水強(qiáng)度之間的關(guān)系。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 干工況

 

3.2 噴淋工況

1）變噴淋水量

        根據(jù)干工況得出的空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式，可 以求出在與干工況相同風(fēng)量的噴淋情形下，空氣側(cè)對(duì)流 換熱系數(shù)的強(qiáng)化倍數(shù)。

        假設(shè)取噴淋時(shí)空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)為

 

        最終根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得出的強(qiáng)化倍數(shù)與噴淋強(qiáng)度 的關(guān)系為

 

（1）空氣流量

        圖 2 為變風(fēng)量情形下，干工況與噴淋工況的效率圖， 從圖 2 上可以看出噴淋的效率明顯高于干工況的效率。而 隨著換熱器總風(fēng)量的增加，噴淋工況與干工況的效率都 在升高，但是噴淋工況的增加幅度要大。

 

（2）變熱水溫度

        圖 3 和圖 4 分別為兩種不同空氣進(jìn)口濕球穩(wěn)定的噴 淋工況在變熱水溫度時(shí)的換熱情況。

 

 

 

        從圖 3 和圖 4 可以看出，隨著熱水溫度的升高，噴 淋效率沒(méi)有明顯的升高，對(duì)于濕球溫度為 28℃的情形其 效率在 33％左右波動(dòng)，對(duì)于空氣進(jìn)口濕球溫度為 22℃的 情形效率有所升高。而整個(gè)系統(tǒng)的總傳熱系數(shù)隨著熱水 溫度的升高而升高。

（3）變干球溫度

        圖 5 為變空氣進(jìn)口干球溫度時(shí)干工況和噴淋工況換 熱器的換熱效率圖。從圖 5 可以看出，改變空氣的進(jìn)口 干球溫度對(duì)于兩種工況的換熱效率沒(méi)有明顯的意義，隨 著空氣進(jìn)口干球溫度的升高，效率下降幅度很小。

 

（4）變濕球溫度

        圖 6 和圖 7 代表了在噴淋工況下改變空氣側(cè)空氣進(jìn) 口濕球溫度時(shí)換熱器的總體傳熱能力的變化。

 

 

 

3.3 空氣側(cè)阻力

        換熱器性能評(píng)價(jià)包括傳熱性能和阻力性能兩個(gè)方面， 為了綜合考慮噴淋對(duì)換熱器性能造成的影響，因此還必 須考慮換熱器空氣側(cè)的阻力損失特性。

        圖 8 顯示了在不同噴淋水量的情形下，換熱其空氣 側(cè)的阻力損失圖。

        從圖 8 可知，噴淋工況的阻力要稍微大于干工況，這 是由于在噴淋過(guò)程中氣流會(huì)有噴淋液滴的阻擋，從而對(duì) 氣流形成阻力，使其造成阻力損失。隨著噴淋水流量的 提高，這種液滴對(duì)于氣流的阻擋作用必然越來(lái)越大，因 此噴淋的阻力會(huì)隨著噴淋水量的增大而上升。另外，由 于阻力項(xiàng)與空氣的速度的二次方成正比，因此隨著風(fēng)速 的提高，噴淋阻力上升較大。

 

4 結(jié) 語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)板式換熱器的實(shí)驗(yàn)研究可以得出以下結(jié)論：

（1）從以上的分析中可以看出，噴淋工況在傳熱效 果上明顯優(yōu)于干工況，與干工況相比，噴淋工況的總傳 熱系數(shù)比干工況大 3 ～ 6 倍。

（2）在噴淋情形下，對(duì)傳熱效果影響較大的因素有 空氣的流速，空氣進(jìn)口濕球溫度，熱水的溫度以及噴淋 水流量。

（3）由于噴淋使得空氣側(cè)的阻力比干工況時(shí)的阻力 有一定的提高。在具體操作時(shí)要綜合考慮風(fēng)速和噴淋水 量所引起的對(duì)傳熱和阻力的影響。