不同螺旋角螺旋折流板換熱器殼側傳熱性能研究

發(fā)布時間：2011-10-25 瀏覽：5645

管殼式換熱器具有應用范圍廣、結構簡單、造價低廉、清洗方便等優(yōu)點¨。]，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構存在著殼側流體流動方向改變頻繁，沿程壓降較大，易出現流動死區(qū)、旁流和漏流，且容易積垢，較高的質量流速易誘導換熱管的振動，縮短使用壽命等弊端【4,8 J.2O世紀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年代出現了這種新型的管殼式換熱器的商業(yè)產品.目前，歐美、俄羅斯和日本等國家已在使用，國內尚處于開發(fā)階段.

　　螺旋折流板換熱器的設計指導思想是改變傳統(tǒng)弓形折流板的Z形流動方式，設法將折流板設計成與管束有一個傾斜角度，布置成近似的螺旋面，使換熱器中的殼側流體實現連續(xù)的螺旋狀流動，以實現有效地降低殼側的流動阻力及強化傳熱的目的.從而消除了傳統(tǒng)弓形折流板阻力大、有死區(qū)、換熱系數小的缺點，但目前國內沒有對螺旋折流板換熱器進行系統(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，奠定試驗數據的基礎.

　　1實驗研究

　　文獻[6]和[7]進行了螺旋折流板換熱器的換熱及壓降試驗研究.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.得出結果認為，一定的沿程壓降下，與弓型折流板相比，螺旋折流板殼側換熱系數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時換熱系數突然下降.但文獻中并未報道各試件的具體結構及折流板的搭接形式.文獻[6]所進行的螺旋折流板換熱器殼側螺旋流動的模擬試驗表明：隨著傾角的繼續(xù)增大，特別是在2571／180 40 71／180之間時，Nu數的比值隨之迅速增加，并在傾角為40 71／180時達到最大，之后又隨傾角的進一步增大而迅速下降.可見，傾角在25 71／180—40 71／180時，其換熱效果要比完全錯流時好.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構(殼體內徑與中心管外徑之比為5.3)的螺旋折流板換熱器進行了試驗.研究結果表明：在相同的Re時，無論加熱或冷卻，使用中心管結構的Nu數都明顯低于不用中心管的結構，無中心管的比有中心管的螺旋折流板換熱器殼側換熱系數高出30%.即：中心管的存在破壞了渦旋核心的產生，因此減弱了換熱.在國內，西安交通大學化學工程學院換熱器研究課題組提出了一種螺旋折流板的結構及其加工方法J.一個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.并對該種結構的螺旋折流板換熱器進行了傳熱和阻力性能的研究.

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

　　1.1試驗主要設備及儀器

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

　　1.2試驗流程

　　實驗時分別測試水一水換熱和水一油換熱兩組實驗，如圖l，

　　1.3試驗件參數

　　2臺換熱器芯組都是由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構說明如下：折流板形式：螺旋形；折流板參數：30~r／180，40~r／180螺旋角；其它結構：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，總傳熱系數隨流量變化的關系.

　　2測試結果

　　(1)管內冷水，殼程熱水測試結果見表l、表2.

               

 

                  

　　(2)管內冷水，殼程重柴油測試結果見表3、表4，

               

 

   　3試驗數據處理

　　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出口的溫度.

　　3.1通過實驗數據及成熟公式計算出試驗的管外膜傳熱系數