酒窩狀豎板降膜蒸發(fā)器強化傳熱性能研究.pdf

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1、270化工機械2010矩酒窩狀豎板降膜蒸發(fā)器強化傳熱性能研究4宋繼田料劉文武李丁茌俊(天津科技大學(xué))摘要研究了酒窩狀豎板降膜蒸發(fā)器的傳熱性能，對液膜不同流動狀態(tài)時板外側(cè)和板內(nèi)側(cè)傳熱進行了研究，推導(dǎo)出無因次傳熱分系數(shù)關(guān)聯(lián)式，提出改善蒸發(fā)器的傳熱性能必須從蒸發(fā)側(cè)著手的結(jié)論。關(guān)鍵詞降膜蒸發(fā)器酒窩狀豎板強化傳熱中圖分類號TQ051．6+2文獻標(biāo)識碼A文章編號0254-6094(2010)03-0270-04符號說明G——霞力加速度，m／s2；h——傳熱分系數(shù)，W／(m2·K)；h?！獰o因次傳熱分系數(shù)；rd——波紋曲率半徑，

2、mm；Re----雷諾準(zhǔn)數(shù)；廊．．——臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)；7’——溫度．℃；一——加熱蒸汽溫度，℃；f——單位板寬液膜流量，kg／(m·h)；肛——料液粘度，kg／(s·m)；口——運動粘度，m2／s；A——液膜的導(dǎo)熱系數(shù)。W／(in·℃)；下標(biāo)：l——液膜；v——二次蒸汽。酒窩狀豎板降膜蒸發(fā)器具有傳熱系數(shù)高、傳熱溫差小、結(jié)構(gòu)簡單、易于制造和不易結(jié)垢等特點，廣泛應(yīng)用于造紙、食品、發(fā)酵、化工及醫(yī)藥等行業(yè)，在海水淡化和污水處理等領(lǐng)域也得到應(yīng)用¨。。。對于降膜傳熱性能，人們已做j，不少實驗研究與理論分析，尤其對管式和波紋管式降膜

3、蒸發(fā)傳熱作了大量的研究工作H“。，一些研究結(jié)果已應(yīng)用于工程設(shè)計計算，而對酒窩狀波紋呸板降膜蒸發(fā)器的傳熱性能研究卻鮮見報道。為此，筆者將重點討論酒窩狀波紋豎板傳熱元件構(gòu)成的·天津科技大學(xué)實驗審開放基金重點資助項目。料宋繼田，男，1967年11月生．副教授。天津市，300222。降膜蒸發(fā)器的傳熱性能，并為工程設(shè)計提供實用關(guān)聯(lián)式，對于開發(fā)和研制灑窩狀豎板降膜蒸發(fā)器具有重要意義。1實驗裝置與測試方法實驗裝置的關(guān)鍵部件是由兩塊長2．0m、寬0．5m、厚1．2mm的酒窩狀小銹鋼豎板周邊縫焊，板面按菱形排列方式點焊后在專用胎具上充

4、脹而成，該加熱元件構(gòu)成了降膜蒸發(fā)器的主體結(jié)構(gòu)，形狀如圖1所示。出口0．5m圖l加熱元件結(jié)構(gòu)示意為測量加熱元件表面溫度，有25個熱電偶焊于元件表面上，其中20個測量傳熱元件波紋凸點第37卷第3期化工機械27l溫度，5個測量傳熱元件波紋凹占溫度。進出料溫度也用熱電偶測量。加熱蒸汽與二次蒸汽壓力由壓力表測定，并與所測溫度核對。所有實驗數(shù)據(jù)都在穩(wěn)定狀態(tài)達30min后測取，為使之重現(xiàn)，每次實驗至少重復(fù)3次。實驗流程如圖2所示。操作時，進料流量由轉(zhuǎn)子流量計計量后，進入預(yù)熱器進行預(yù)熱，將預(yù)熱后的物料經(jīng)過加熱元件上方的均流板式布液器

5、，料液旱膜狀均勻分布于加熱元件兩側(cè)的灑窩狀波紋板面上，然后降落向下流動。加熱蒸汽通入加熱元件內(nèi)腔中，通過計量蒸汽冷凝液量來計算傳熱量。二次蒸汽經(jīng)冷凝后也進行計量。圖2實驗流程簡圖2實驗結(jié)果2．1酒窩狀豎板外側(cè)液膜蒸發(fā)傳熱分系數(shù)液膜蒸發(fā)傳熱分系數(shù)h。與蒸發(fā)溫度7’。的關(guān)系如圖3所示，它表明隨著蒸發(fā)溫度的升高，傳熱分系數(shù)h。略有提高，這是因為一方面蒸發(fā)溫度的升高，使液膜粘度減小，從而液膜流動阻力減小，k：‘皇●毫‘叛幅求崧啦蒸發(fā)溫度r／℃圖3液膜蒸發(fā)傳熱分系數(shù)與蒸發(fā)溫度的關(guān)系有利于傳熱。另一方面，隨著流量增大，液膜增厚而

6、造成熱阻增加，但液膜湍動加劇，凈結(jié)果使液膜蒸發(fā)傳熱分系數(shù)h．增加。圖4示出尤因次液膜蒸發(fā)傳熱分系數(shù)h。‘(hl‘=hI(1，2／g)¨3／A)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re(Re=4F／肛)的關(guān)系?！馹簌垛求霰啦懿困供圖4無因次液膜蒸發(fā)傳熱分系數(shù)的變化由圖4可見，隨著尺e的增加，液膜經(jīng)過3個272化工機械2010矩區(qū)域：層流區(qū)、過渡區(qū)和湍流區(qū)，這3個區(qū)域中h?！c尺e的關(guān)聯(lián)式如下：層流區(qū)(100

7、00)hl‘=0．0062×Reo·508以上表明酒窩狀波紋豎板上降落液膜流型轉(zhuǎn)變時雷諾數(shù)Re大致在800～1000范圍內(nèi)。2．2酒窩狀豎板傳熱元件內(nèi)腔蒸汽冷凝傳熱分系數(shù)圖5示出無因次冷凝傳熱分系數(shù)h，’(h。’=h。(y2倌)Ⅳ3／k)與冷凝液雷諾準(zhǔn)數(shù)m的關(guān)系?！駗糕鏘彘蕞jl芝懿困供圖5無因次冷凝蒸發(fā)傳熱分系數(shù)的變化由圖5可見，冷凝液膜可分成兩個區(qū)：層流區(qū)與湍流區(qū)。其轉(zhuǎn)折點大致在Re=300左右。這兩區(qū)h。+與m關(guān)聯(lián)式如下：層流區(qū)(70

8、’=0．0062Re仉柵由于實驗條件限制，冷凝液的雷諾準(zhǔn)數(shù)Re最大值僅為670。2．3酒窩狀波紋豎板強化傳熱分析有些研究者對波紋表面上的相變傳熱作過許多研究，證明波紋表面能強化傳熱，但這些研究都是在具有縱向波紋的垂直管上做的。本文的酒窩狀波紋形狀不同于外側(cè)縱向波紋管，因而冷凝機理也就不同。波紋表面蒸發(fā)側(cè)傳熱，一般認為是由于表面張力把液體拉入波谷