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不同螺旋角螺旋折流板换热器壳侧传热性能研究

发布时间：2011-10-25 浏览：5691

管壳式换热器具有应用范围广、结构简单、造价低廉、清洗方便等优点¨。]，弓型折流板换热器是一种传统的管壳式换热器，但弓型折流板换热器的这种结构存在着壳侧流体流动方向改变频繁，沿程压降较大，易出现流动死区、旁流和漏流，且容易积垢，较高的质量流速易诱导换热管的振动，缩短使用寿命等弊端【4,8 J.2O世纪60年代，从改变折流板布置方式的角度，提出了螺旋折流板换热器的思想.9O年代出现了这种新型的管壳式换热器的商业产品.目前，欧美、俄罗斯和日本等国家已在使用，国内尚处于开发阶段.

　　螺旋折流板换热器的设计指导思想是改变传统弓形折流板的Z形流动方式，设法将折流板设计成与管束有一个倾斜角度，布置成近似的螺旋面，使换热器中的壳侧流体实现连续的螺旋状流动，以实现有效地降低壳侧的流动阻力及强化传热的目的.从而消除了传统弓形折流板阻力大、有死区、换热系数小的缺点，但目前国内没有对螺旋折流板换热器进行系统的划分和规范化，本文正是为螺旋折流板换热器的规范，奠定试验数据的基础.

　　1实验研究

　　文献[6]和[7]进行了螺旋折流板换热器的换热及压降试验研究.测试试件螺旋角分别为1 7 7r／180，24 7r／180，35 7r／180，40 7r／180，44 7r／l8O.得出结果认为，一定的沿程压降下，与弓型折流板相比，螺旋折流板壳侧换热系数大于弓型折流板换热器，而且随着螺旋角的增大而增大，并得出40 71／180为最佳螺旋角，大于4O 7【／l8O时换热系数突然下降.但文献中并未报道各试件的具体结构及折流板的搭接形式.文献[6]所进行的螺旋折流板换热器壳侧螺旋流动的模拟试验表明：随着倾角的继续增大，特别是在2571／180 40 71／180之间时，Nu数的比值随之迅速增加，并在倾角为40 71／180时达到最大，之后又随倾角的进一步增大而迅速下降.可见，倾角在25 71／180—40 71／180时，其换热效果要比完全错流时好.前捷克斯洛伐克的Lutcha和Nem.canskv对于有无中心管的相同角度和结构(壳体内径与中心管外径之比为5.3)的螺旋折流板换热器进行了试验.研究结果表明：在相同的Re时，无论加热或冷却，使用中心管结构的Nu数都明显低于不用中心管的结构，无中心管的比有中心管的螺旋折流板换热器壳侧换热系数高出30%.即：中心管的存在破坏了涡旋核心的产生，因此减弱了换热.在国内，西安交通大学化学工程学院换热器研究课题组提出了一种螺旋折流板的结构及其加工方法J.一个周期的螺旋折流板由三块平面板组成，相邻折流板之间采取不同的搭接形式.并对该种结构的螺旋折流板换热器进行了传热和阻力性能的研究.

　　基于上述思想本次实验对壳层直侄为(p273×9 I11I11，30 7r／180，40 7r／18O螺旋角的螺旋折流板换热器芯组进行传热性能测试，

　　1.1试验主要设备及仪器

　　主要测试仪表、设备为：精密温度计，U型管压差计；流量计(LZB一100转子流量计‘).

　　1.2试验流程

　　实验时分别测试水一水换热和水一油换热两组实验，如图l，

　　1.3试验件参数

　　2台换热器芯组都是由44根两管程长2 498mm 6919 x 2.0换热管排成，把不同角度的螺旋折流板结构说明如下：折流板形式：螺旋形；折流板参数：30~r／180，40~r／180螺旋角；其它结构：单螺旋对接阻流板.

　　1.4测试过程

　　壳程阻力性能：在室温下测量壳程阻力改变，流量范围4～30 m／h；传热性能：测量范围4～3Om／h内，总传热系数随流量变化的关系.

　　2测试结果

　　(1)管内冷水，壳程热水测试结果见表l、表2.

               

 

                  

　　(2)管内冷水，壳程重柴油测试结果见表3、表4，

               

 

   　3试验数据处理

　　在管层为水，壳层为水和柴油两种情况下，分别测得在壳层不同流量下进出口的温度.

　　3.1通过实验数据及成熟公式计算出试验的管外膜传热系数