橢圓管換熱器殼程傳熱與壓降性能對比研究.pdf

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1、472化工機械2015焦橢圓管換熱器殼程傳熱與壓降性能對比研究吳私+李春蘭王森(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司)摘要以橢圓管換熱器、光滑圓管的弓形折流板和螺旋折流板換熱器為研究對象，進行殼程側傳熱和流體阻力實驗，通過對比發(fā)現：橢圓管換熱器殼程的傳熱系數較低，但其殼程進出口的壓降也低于另外兩種換熱器，在殼程進口體積流量相同的條件下，其傳熱與流體阻力綜合性能指標a／△p遠高于圓管弓形折流板換熱器和螺旋折流板換熱器。關鍵詞換熱器橢圓管折流板傳熱系數壓力降中圖分類號TQ051．5文獻標識碼A文章編號0254-6094(2015)04-0472-04符號說明吐——橢圓管長半軸長度，m

2、；A——換熱管表面積，m2；b——橢圓管短半軸長度，m；C-流體比熱，kJ／(kg·K)；c。。-_一定性溫度下流體的比熱，kJ／(kg·K)；d——管徑，nl；d．——管程當量直徑，m；D_殼程當量直徑，m；G——流體質量流速，kg／(m2-s)：h——膜傳熱系數，W／(m2·K)；n——換熱管數；Pr——普朗特常數；q——流體體積流量，m3／s；Q——流體熱負荷，kJ／s；r——管壁污垢熱阻，K·in2／W：r?！軆缺跓嶙?，K·in2／W；R——殼體內半徑，m；月e——雷諾數；S——流通面積，m2；t．——冷水人口溫度，℃；t：——冷水出口溫度，℃；丁?！獰崴丝跍囟?/p>

3、，℃；磚一熱水出口溫度，℃；丁I廠一流體定性溫度，℃，TD=(T，+T2)／2；U——流體流速，m／s；曠一流體質量流率，kg／s；△p——壓降，MPa；AT。——對數平均溫差，℃；a——傳熱系數，W／(n12·K)；“——粘度，Pa·S；A——導熱系數，W／(m·K)；Ar一定性溫度下流體的導熱系數，W／(m·K)；下標：i，o——管內、管外參數。管殼式換熱器在能源化工、冶金、食品及造紙等領域得到廣泛應用?。隨著現代工業(yè)技術水平的提高，對設備的換熱效率要求也越來越苛刻，強化傳熱技術在換熱器的研究中變得越發(fā)重要，但這項技術的實施存在一個幾乎難以避免的問題，即傳熱效率的強化提高是

4、以流動阻力的增加為代價，甚至存在流動阻力的增幅到一定程度，相對提高的傳熱效率已失去意義的現象，反而帶來更大的技術難題或經濟損失。如何在強化換熱的同時使流動阻力也保持在較低的狀態(tài)，是目前強化換熱技術發(fā)展的關鍵，因此，高效低阻強化換熱元件的開發(fā)和研究具有重要意義舊o。改變管殼式換熱器的傳熱管形狀和增設折流板是強化設備傳熱性能的重要手段”’4。。在管殼式換熱設備的傳熱性能研究過程中，對由圓管組成的換熱設備管束研究最多，對強化效果明顯的}吳私，男，1988年11月生，助理工程師。甘肅省蘭州市，730050。第42卷第4期化工機械473自支撐結構的扭曲扁管式管束的研究也較為深入，而對由圓

5、管過渡到扭曲扁管的中間狀態(tài)——橢圓管的研究卻很少：筆者為了較為深入的研究橢圓管的傳熱性能，組裝了橢圓管式換熱設備管束，搭建換熱設備傳熱性能和流阻性能測試平臺，對實驗中測試數據進行采集，并與圓管組成的弓形折流板換熱器和40。螺旋折流板換熱器進行了對比。1換熱器結構形式本實驗中研究3種結構的換熱器：弓形折流板換熱器、螺旋折流板換熱器和橢圓管換熱器，3種換熱器結構參數見表1。表13種換熱器結構參數3種換熱器均為雙管程，由40根管排列而成，殼體也相同。不同的是弓形折流板和螺旋折流板換熱器的管束均采用圓管，管子的規(guī)格為69_5mm×2．5mmX3000mm，以正方形旋轉45。方式排列而成

6、。橢圓管換熱器管束采用的是橢圓管，其長軸12．52ram，短軸5．11mm。橢圓管以90o方形節(jié)距排列。橢圓管和圓管的材料均為104無縫鋼管。橢圓管換熱器殼程不設置折流板，管柬由數個支撐圈固定。由于橢圓管管束均是由規(guī)格為625mm×2．5mmX3000mm的圓管壓制而成，故橢圓管管束與圓管管束的傳熱面積相同，區(qū)別僅在于管子的橫截面形狀和尺寸。因此，該實驗是在換熱器殼體直徑和傳熱面積相同的條件下進行的傳熱性能和流體阻力的研究。2傳熱實驗流程換熱實驗裝置流程如圖1所示。本實驗進行的是水一水的換熱實驗，熱水走管程，冷水走殼程。溫度計分別設置在換熱器殼程和管程的進、出口，分別測量流經殼

7、程和管程的冷熱流體溫度。壓力表分別安裝在換熱器殼體的進、出口處，用于測量殼程進出、口間的壓降。用泵為兩種流體介質提供輸送動力。實驗平臺中設有轉子流量計，流量大小由閥門控制。使用電加熱器將水加熱到實驗溫度，啟動保溫狀態(tài)，利用毛氈保溫，使熱水溫度在一定時間內基本不變。觀察溫度計示數，待溫度穩(wěn)定后，啟動熱水泵，將管程流體進口流量調節(jié)到實驗預期值，保持管程流體介質處于湍流狀態(tài)。圖1傳熱實驗裝置流程1——冷水儲罐；2——換熱器；3——溫度計；4——熱水儲罐；5——截止閥；6——流量計；7——壓力表；8