波紋管換熱器性能及效益分析.doc

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1、波紋管換熱器性能及效益分析晨怡熱管2008-5-200:10:511、引言換熱器是熱能交換的主要設(shè)備，在熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱、石油化工、油品輸送、冶金、輕工及賓館、醫(yī)院等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。下面我要分析介紹的波紋管換熱器，是我公司根據(jù)客戶要求及借鑒外來經(jīng)驗設(shè)計研制的換熱器，是一種新型的高性能的熱交換器，是換熱器家族中一個高新技術(shù)產(chǎn)品，也是我國自己研制與應(yīng)用的唯一具有競爭力及優(yōu)越性能的換熱器。其具有高效、安全、可靠、節(jié)能、不易堵漏、密封周期長的，綜合性優(yōu)點，尤其適合在高溫、高壓的條件下實用。本文根據(jù)傳熱學(xué)原理，

2、對波紋管換熱器的結(jié)構(gòu)特點，進行了詳細的理論及技術(shù)性能分析、經(jīng)濟效益和社會效益的分析。對今后壓力容器行業(yè)換熱器產(chǎn)品的更新改造有著較大的借鑒意義。2波紋管換熱器的主要結(jié)構(gòu)特點2.1傳熱原理我們先來分析一下間壁兩側(cè)流體熱交換過程:流體在圓管內(nèi)流動時，分層流層和湍流層，介質(zhì)在管內(nèi)各點的速度隨該點與管中心的距離而變，距離管壁附近流速最慢，為層流層，越離管壁較遠處，流速越快，為湍流層。物質(zhì)間熱交換過程有三種：熱輻射、對流傳熱和熱傳導(dǎo)。化工中常遇到的是溫度不太高的流體間的熱交換問題,此時輻射傳熱通?？刹挥杩紤]。熱量自熱流

3、體傳到間壁表面的一側(cè),或自間壁另一側(cè)表面?zhèn)鹘o冷流體,都屬于對流傳熱。對流傳熱是在流體流動的過程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象,所以和介質(zhì)流動的情況密切相關(guān)。即使是在湍流流動的情況下，流體主流中由于旋渦叢生，流體各部分相互混合，所以熱阻很小，從而在和流體流動方向垂直的截面上，湍流中心區(qū)各點流體之間的溫度趨于一致；但在緊靠壁面處，總有一層流體膜順著壁面作層流流動，稱為層流底層。在冷流體一側(cè)，熱量在傳入冷流體主體之前，必須首先通過它。由于通過這層流體膜的傳熱是以導(dǎo)熱方式進行的，所以流體膜雖薄，卻是對流傳熱的主要熱阻，溫度降

4、也主要集中在層流底層中。圖1為對流傳熱時沿?zé)崃鞣较虻臏囟确植记闆r示意圖。圖中F1F1與F2F2為層流底層的界面，T`為熱流體中心溫度，也即最高溫度，t`為冷流體中心溫度，也即最低溫度。在熱流體的湍流主體中，由于流體質(zhì)點充分混合，溫度基本上是一致的，即圖中T`。在層流底層內(nèi)，由于熱阻較大，溫度急劇由Tb下降到Tw。在層流底層和湍流主體之間，存在一個溫度逐漸變化的區(qū)域，稱為過渡區(qū)，其中溫度由T`下降到Tb。再往左通過管壁，因其材料通常為金屬，熱阻很小，因此，管壁兩側(cè)的溫度Tw和tw相差很小，此后在冷流體內(nèi)，又順

5、次通過層流底層、過渡區(qū)而到達湍流主體，溫度由tw經(jīng)tb下降到t`。圖中曲線twtbt`和曲線T`TbTw的意義相似。圖1對流傳熱時沿?zé)崃鞣较驕囟确植记闆r?2.2總傳熱系數(shù)影響因素傳熱學(xué)傳熱速率公式如下：Q=KA(T-t)-----------------------（2-1）式中:Q------換熱量K------換熱系數(shù)A------換熱面積(T-t)------傳熱溫度差從公式（2-1）可以看到，換熱量和換熱系數(shù)K成正比，要提高換熱器的熱交換能力，就必須想辦法提高換熱系數(shù)K值。對流傳熱時根據(jù)傳熱學(xué)原理,

6、圓筒型壁熱交換管的總熱阻公式為：1/K=1/α1+b/λ(d1/dm)+1/α2(d1/d2)+Rs(d1/d2)-----（2-2）式中:K------總傳熱系數(shù)α1、α2------管殼程對流傳熱系數(shù)b------換熱管壁厚λ-----換熱管傳熱系數(shù)Rs-----污垢熱阻d1、d2、dm-----分別為換熱管內(nèi)徑、外徑、中徑2.3提高換熱器換熱性能途徑分析:由2.1間壁兩側(cè)流體熱交換過程及公式（2-2）可以看出，要想提高熱交換器的換熱性能，就要努力降低總熱阻1/K，既提高總熱交換系數(shù)K值，從中不難看出提

7、高換熱系數(shù)K值有如下途徑：1）．減少層流層，增加湍流層，從而提高對流傳熱系數(shù)α1、α2：由化工原理中有關(guān)傳熱學(xué)知道，K值幾乎主要取決于對流傳熱系數(shù)，則必須設(shè)法同時提高流體兩側(cè)的對流傳熱系數(shù)α1、α2。2）．減少傳熱距離，既減小換熱管壁厚b。3）．提高傳熱系數(shù)λ可以通過選用導(dǎo)熱性能好的換熱管材料實現(xiàn)。4）．降低污垢熱阻Rs當(dāng)污垢熱阻起很大作用時，則必須設(shè)法減慢污垢生成速率或勤予清洗。2.4波紋管換熱器結(jié)構(gòu)特點:如圖2所示為波紋管換熱器的一般設(shè)計結(jié)構(gòu),其外表與普通換熱器相同,殼程采用普通的圓筒形結(jié)構(gòu)，其與普通換

8、熱器相比，最大的特點是管程采用薄壁不銹鋼波紋式換熱管,波紋換熱管結(jié)構(gòu)組件見圖3，它是由壁厚為0.5mm～0.7mm的管料經(jīng)過擠波器設(shè)備加工而成，使換熱管壁形成一個個凸起，并經(jīng)過與其焊接的管套，與管板進行強度焊接而成。圖2波紋管換熱器結(jié)構(gòu)圖3波紋換熱管結(jié)構(gòu)組件?3波紋管換熱器性能分析3.1波紋管換熱器換熱性能分析:(1)良好的對流傳熱性能由于換熱管壁制造成一個個的波紋,所以介質(zhì)在管內(nèi)流動時,其層流層被凸凹不平的壁面