含空气逸流的水平管外冷凝实验装置设计.pdf

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1、第４４卷第３期化工机械２７９含空气逸流的水平管外冷凝实验装置设计张俊霞陈党委宁少帅郭雷雷雷彻（榆林学院能源工程学院）摘要设计了利用文丘里抽吸形成空气逸流来改善水平管外冷凝换热的实验装置。基于能量守恒、对数平均温差法和喷管原理，给出了合理的蒸发器、冷凝段和空气逸流装置结构。随着蒸发器加热功率的增加，蒸发器长度、蒸汽质量流量和冷凝段长度将增加；随着蒸汽压力增加，蒸发器和冷凝段长度均下降，空气逸流量将增加。在套管周向开设空气逸流口，采用空气逸流管使之与文丘里管喉段相接，利用文丘里抽吸排除冷凝空间中的空气。关键词冷凝实验装置空气逸流文丘里管＋中图分类号ＴＱ０５１６１文献标

2、识码Ａ文章编号０２５４６０９４（２０１７）０３０２７９０５在化工换热设备中，普遍存在含不凝气体的凝段凝结，凝液回流到蒸发器中实现循环运行。冷凝换热现象。存在不凝气体会恶化冷凝换热，考虑到实验条件和安全性，蒸发器最大加热功率［１］增加传递过程阻力。ＧｒｏｓｓＵ提出通过从液膜为８ｋＷ，最高压力为０．４ＭＰａ。整个系统要求密封表面疏散不凝气体的方法来抑制它对冷凝换热的并加装保温棉以防止蒸汽泄漏和散热损失。在实［２］不良影响。目前已有较多涉及含不凝气体冷验开始时，不对系统抽空气，在蒸汽驱动下，空气［３～６］凝换热的实验研究，这些实验测量了不凝气会滞留在冷凝段，通过安装

3、在冷凝套管上的空气体对换热参数的影响规律和存在不凝气体冷凝换逸流装置引出系统。热关联式的发展。文献［３］给出了空气对水平管束冷凝换热的影响，文献［４］提出了蒸汽／空气在水平管上冷凝换热的实验关联式，文献［５］指出煤油蒸汽／空气在螺旋扁管束上的冷凝换热系数是正方形和三角形管束的２．０～３．４倍，文献［６］指出水平管束外冷凝空间中漏入空气大于０．６０％～１．３７％时，冷凝器压力和端差急剧增加，传热系数迅速下降。然而，现有实验装置未曾提供一种有效疏散不凝气体的方法。笔者采用工程热力学和传热学的知识设计了一种采用文丘里管的真空抽吸形成空气逸流，以排放冷凝空间中空图１含空气逸

4、流的冷凝实验装置简图气，并改善冷凝换热的实验装置。１水平管外含空气逸流的冷凝实验装置与文献［２～６］中的实验装置相比，笔者所用图１是含空气逸流的冷凝实验装置简图，它的实验装置具有以下优势：由蒸发器、冷凝段和逸流装置构成。蒸发器内部ａ．采用文丘里管的真空抽吸作用形成空气添加水，采用电加热使水变为蒸汽，然后进入到冷逸流。文献［３～６］中仅采用真空泵和空压机来基金项目：国家自然科学青年基金项目（５１４０６１７６）；榆林学院重点科研项目（１４ＹＫ２７）。作者简介：张俊霞（１９７４），副教授，从事冷凝器内蒸汽冷凝结换热研究，ｗｙｂ７００４１１＠１６３ｃｏｍ。２８０化工机械２

5、０１７年调节冷凝空间的空气量，这些均在实验启动前完流换热下，蒸汽在冷凝管外表面冷凝，空气滞留在成。而笔者采用的文丘里管真空抽吸排放冷凝空套管中。间中的空气可在冷凝过程中随时进行。冷却水取自来水质量流量Ｇ＝１ｋｇ／ｓ，冷凝ｃｂ．通过调节文丘里管结构参数调节空气逸管内径为４０ｍｍ，经计算冷却水雷诺数为４５００左流量。该实验装置可通过调节文丘里管的收缩右，冷却水流动属于管内受迫湍流流动，对流换热比、扩散角和进出口压力差改变文丘里管喉段的系数ｈ采用下式计算：ｃ真空度，以实现空气逸流量的调节。０．８０．４ｈ＝λ０．０２３ＲｅＰｒ／（Ｄ－δ）（４）ｃｃｃｃ２实验系统设计方法其中

6、，λ、Ｒｅ和Ｐｒ分别为冷却水的导热系ｃｃｃ２．１蒸发器长度数、雷诺数和普朗特数。冷却水出口温度Ｔ可以ｏ由于目前市场上出售的蒸发器多为立式，高用测得的冷却水进口温度Ｔ计算：ｉ度大于１ｍ，不能多档调节，是常压锅炉，水位截面Ｔ＝Ｇｈ／Ｇｃ＋Ｔ（５）ｏｖｆｇｃｐｔ积小，不利于较快产生蒸汽，是整体箱式结构，不式中ｃｐ———水的定压比热容。利于拆卸维修。因此，本实验装置中的蒸发器采由此可得对数平均温差ΔＴ为：ｍ用圆筒状卧式结构，其右侧采用椭圆封头，左侧采ΔＴｍ＝［（Ｔｓ－Ｔｉ）－（Ｔｓ－Ｔｏ）］／ｌｎ［（Ｔｓ－Ｔｉ）／（Ｔｓ－Ｔｏ）］用法兰密封，便于拆卸维修，较大的横截面便于快

7、（６）速产生蒸汽，高度仅有０．６ｍ，便于操作。令圆筒式中Ｔｓ———蒸汽的饱和温度。形蒸发器长度为Ｌ，内径为Ｒ，且Ｌ＝４Ｒ，筒体根据熊孟清等的研究结果，冷凝换热系数随ｅｅｅｅ的长度Ｌｅ为：压力增加而增加，当Ｇｖ一定时，低压条件下所需３［４］Ｌ＝槡４Ｖ／π（１）冷凝管较长。根据文献［７］，在冷凝空间压力ｅ其中，Ｖ为蒸发器容积，令蒸发器中水的体积为０．１ＭＰａ和空气含量为４１％时，含空气冷凝换为Ｖ／２，由于实验过程中冷凝水会回流到蒸发器热系数下降为纯蒸汽冷凝换热系数的１／３。由于内，蒸发器中水量维持１ｈ使用。由此得到蒸发器笔者所用的实验装置压力为０．１～０．４ＭＰａ，