椭圆管换热器壳程传热与压降性能对比研究.pdf

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1、472化工机械2015焦椭圆管换热器壳程传热与压降性能对比研究吴私+李春兰王森(兰州兰石能源装备工程研究院有限公司)摘要以椭圆管换热器、光滑圆管的弓形折流板和螺旋折流板换热器为研究对象，进行壳程侧传热和流体阻力实验，通过对比发现：椭圆管换热器壳程的传热系数较低，但其壳程进出口的压降也低于另外两种换热器，在壳程进口体积流量相同的条件下，其传热与流体阻力综合性能指标a／△p远高于圆管弓形折流板换热器和螺旋折流板换热器。关键词换热器椭圆管折流板传热系数压力降中图分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254-6094(2015)04-0472-04符号说明吐——椭圆管长半轴长度，m

2、；A——换热管表面积，m2；b——椭圆管短半轴长度，m；C-流体比热，kJ／(kg·K)；c。。-_一定性温度下流体的比热，kJ／(kg·K)；d——管径，nl；d．——管程当量直径，m；D_壳程当量直径，m；G——流体质量流速，kg／(m2-s)：h——膜传热系数，W／(m2·K)；n——换热管数；Pr——普朗特常数；q——流体体积流量，m3／s；Q——流体热负荷，kJ／s；r——管壁污垢热阻，K·in2／W：r。——管内壁热阻，K·in2／W；R——壳体内半径，m；月e——雷诺数；S——流通面积，m2；t．——冷水人口温度，℃；t：——冷水出口温度，℃；丁。——热水人口温度

3、，℃；砖一热水出口温度，℃；丁I厂一流体定性温度，℃，TD=(T，+T2)／2；U——流体流速，m／s；旷一流体质量流率，kg／s；△p——压降，MPa；AT。——对数平均温差，℃；a——传热系数，W／(n12·K)；“——粘度，Pa·S；A——导热系数，W／(m·K)；Ar一定性温度下流体的导热系数，W／(m·K)；下标：i，o——管内、管外参数。管壳式换热器在能源化工、冶金、食品及造纸等领域得到广泛应用⋯。随着现代工业技术水平的提高，对设备的换热效率要求也越来越苛刻，强化传热技术在换热器的研究中变得越发重要，但这项技术的实施存在一个几乎难以避免的问题，即传热效率的强化提高是

4、以流动阻力的增加为代价，甚至存在流动阻力的增幅到一定程度，相对提高的传热效率已失去意义的现象，反而带来更大的技术难题或经济损失。如何在强化换热的同时使流动阻力也保持在较低的状态，是目前强化换热技术发展的关键，因此，高效低阻强化换热元件的开发和研究具有重要意义旧o。改变管壳式换热器的传热管形状和增设折流板是强化设备传热性能的重要手段”’4。。在管壳式换热设备的传热性能研究过程中，对由圆管组成的换热设备管束研究最多，对强化效果明显的}吴私，男，1988年11月生，助理工程师。甘肃省兰州市，730050。第42卷第4期化工机械473自支撑结构的扭曲扁管式管束的研究也较为深入，而对由圆

5、管过渡到扭曲扁管的中间状态——椭圆管的研究却很少：笔者为了较为深入的研究椭圆管的传热性能，组装了椭圆管式换热设备管束，搭建换热设备传热性能和流阻性能测试平台，对实验中测试数据进行采集，并与圆管组成的弓形折流板换热器和40。螺旋折流板换热器进行了对比。1换热器结构形式本实验中研究3种结构的换热器：弓形折流板换热器、螺旋折流板换热器和椭圆管换热器，3种换热器结构参数见表1。表13种换热器结构参数3种换热器均为双管程，由40根管排列而成，壳体也相同。不同的是弓形折流板和螺旋折流板换热器的管束均采用圆管，管子的规格为69_5mm×2．5mmX3000mm，以正方形旋转45。方式排列而成

6、。椭圆管换热器管束采用的是椭圆管，其长轴12．52ram，短轴5．11mm。椭圆管以90o方形节距排列。椭圆管和圆管的材料均为104无缝钢管。椭圆管换热器壳程不设置折流板，管柬由数个支撑圈固定。由于椭圆管管束均是由规格为625mm×2．5mmX3000mm的圆管压制而成，故椭圆管管束与圆管管束的传热面积相同，区别仅在于管子的横截面形状和尺寸。因此，该实验是在换热器壳体直径和传热面积相同的条件下进行的传热性能和流体阻力的研究。2传热实验流程换热实验装置流程如图1所示。本实验进行的是水一水的换热实验，热水走管程，冷水走壳程。温度计分别设置在换热器壳程和管程的进、出口，分别测量流经壳

7、程和管程的冷热流体温度。压力表分别安装在换热器壳体的进、出口处，用于测量壳程进出、口间的压降。用泵为两种流体介质提供输送动力。实验平台中设有转子流量计，流量大小由阀门控制。使用电加热器将水加热到实验温度，启动保温状态，利用毛毡保温，使热水温度在一定时间内基本不变。观察温度计示数，待温度稳定后，启动热水泵，将管程流体进口流量调节到实验预期值，保持管程流体介质处于湍流状态。图1传热实验装置流程1——冷水储罐；2——换热器；3——温度计；4——热水储罐；5——截止阀；6——流量计；7——压力表；8