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1、不同螺旋角的螺旋折流板换热器性能试验研究http://www.31hrq.com/2010年01月20日10:30中国换热器网生意社2010年01月20日讯 商丽艳1,李 萍1,陈保东1,潘 振1,晏永飞1,郝 丹2(1.辽宁石油化工大学,辽宁抚顺 113001;2.大庆石化公司水气厂,黑龙江大庆 163714) 摘要:对螺旋角为12°,18°,30°,40°的单螺旋折流板换热器进行传热性能和壳程压力降性能测试, 并应用英国传热协会的换热器计算软件对螺旋折流板换热器进行计算,得到了相应结构下的总传 热系数和压力降。然后通过对试验数据的整理分析,并进行曲线回归,
2、得到了壳程对流换热系数和 压力降的经验计算公式,该公式可以为螺旋折流板换热器设计计算和数值模拟提供一定的参考价 值。 关键词:换热器;螺旋折流板;螺旋角;传热系数;压力降 中图分类号:TQ051.5;TQ050.2 文献标识码:A 文章编号:1001-4837(2008)04-0009-03 1 前言 近年来的研究表明,螺旋折流板换热器的螺旋 折流板使流体在壳侧呈连续柱塞状螺旋流动[1](即 plug流),不会出现传统折流板换热器内的流动“死 区”,并且由于旋流产生的涡与管束传热界面边界 层相互作用,使湍流度大幅度增强,有利
3、于提高壳侧 传热膜系数。StehlikP等[2]对螺旋折流板换热器进行研究得出,相同条件下与传统弓形折流板换热器 相比,换热器的传热系数提高1.8倍,流动阻力降低 25%。陈世醒等[3,4]研究发现,对于水这样的低粘 度流体,相同流量单位压降的壳程对流换热系数,螺 旋折流板换热器约为普通弓形折流板换热器的2. 倍;对于高粘度油品,相同流量下单位压降的壳程对 流换热系数,螺旋折流板换热器约为普通弓形折流 板换热器的1.5倍,研究表明螺旋折流板换热器不 仅适用于低粘度流体,也可用于高粘度流体。总之,螺旋折流板换热器具有传热效果好、流动压降小、不 易结垢、流动诱导振动小等优点。
4、 文中分别对螺旋角为12°,18°,30°,40°的螺旋 折流板换热器进行了试验测试,研究螺旋折流板换 热器的传热及压降特性,并与弓形折流板进行性能 对比。同时在试验条件下,对上述4种螺旋角的螺 旋折流板换热器进行传热性能和压降的优化研究。 2 试验装置与流程 2.1 试验主要设备及仪器 试验在换热器性能综合测试实验台上进行,主 要测试仪表、设备为:测温:精密温度计;测压:U型 管压差计;流量计:LZB—100转子流量计并联。 2.2 试验流程(见图1) 本装置主要包括2个回路、4个部分。2个回路 为
5、:换热系统的管程回路和壳程回路。冷流体走管 程,热流体走壳程。试验时分别测试水水换热和水 油换热两组试验。4个部分包括:(1)冷水的储罐; (2)热水的储罐及加热系统;(3)热油的储罐及加热 系统;(4)循环动力系统。本试验中的加热系统采 用电热加热,从而使试验温度容易控制。2.3 试验组件参数 所用的螺旋角为12°,18°,30°,40°的螺旋折流 板换热器主要参数为:壳体直径250mm,管程数2, 管子长度2498mm,管子直径19mm。 试验用螺旋折流板为单螺旋型。 3 数据处理方法 整个测试过程包括壳程对流换热系数和
6、壳程压力降两部分。根据数据及相关的公式建立壳程对流 换热系数及压力降公式基本形式。3.2 壳程压力降 根据单弓形折流板管内及壳程压力降[6],结合 实际的试验数据推导出螺旋折流板壳程压力降近似 公式:4 试验结果与分析 4.1 壳程对流换热系数 应用Kern法推导出螺旋折流板换热器壳程对 流换热系数计算公式的基本模型。将试验数据依次 带入模型,并应用SIGMAPLOT软件确定式中的待 定参数。试件的螺旋角为12°,18°,30°,40°,结果见图 2。从图2中可看出不同螺旋角在相同的结构参数 的情况下,通过对壳程单位压降传热系数的对比得
7、 出该结构下不同角度中传热性能较好的螺旋角度 数。在螺旋角的优化中,研究表明:试验条件下,18° 螺旋角的螺旋折流板换热器的综合传热性能要优于 12°,30°,40°螺旋角的螺旋折流板换热器。 4.2 壳层压力降的计算 螺旋折流板换热器在我国有了很大的发展,在 制造和使用方面也积累了不少经验。但是关于螺旋 折流板换热器压力降方面的参考资料还比较少。目 前比较精确的是通过试验方法确定的公式。通过试 验方法并运用SIGMAPLOT软件回归壳程压力降计 算公式为:从图3中可以看出,螺旋角比较小的螺旋折流 板换
