一种新型壳侧支撑结构的管壳式换热器——花隔板换热器的实

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1、第2卷第3期186中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE2007年3月一种新型壳侧支撑结构的管壳式换热器——花隔板换热器的实验研究121李炜炜，赖学江，黄素逸（1．华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074；2．广东海洋大学工程学院，广东湛江524005)摘要：本文提出管壳式换热器壳侧支撑结构的一种新形式——花隔板。为研究花隔板换热器的换热和流阻性能，利用相似原理进行相关实验，得到花隔板换热器的换热准则关系式和流动阻力准则关系式。与传统单弓形折流板换热器进行比较,花隔板换热器的综合性能K/Δp提高10％～30％。关键词：花隔板换热器；折流板换热器；传热

2、；流动阻力；准则关系式中图分类号：TK172文献标识码：A文章编号：1673－7180(2007)03－0186－60引言流体诱导振动及对换热管的破坏作用等危害得到管壳式换热器是各类换热器中使用范围最为改善，其缺点是折流栅和折流笼的制造和安装比广泛的一种换热器，对其强化传热的研究也一直较麻烦。螺旋折流板变完全纵向流动为螺旋形流在进行。在管侧换热性能已经得到较大改善的情动，这样既可以避免传统垂直弓形折流板换热器况下，提高壳侧的换热性能对于换热器总传热系中出现的流动死区，又可借助于旋流强化壳侧的数的提高则起着更加重要的作用。壳侧支撑结构换热，但是螺旋折流板的制造及安装比较困难

3、。因其在作为管束支撑物的同时又兼有强化换热的花隔板是华中科技大学能源与动力工程学院作用而显得尤为重要。因此，大多数壳侧强化换黄素逸教授等人在整圆形隔板的基础上提出的一热研究都侧重于壳侧支撑结构的改进和创新。种新型壳侧支撑结构。所谓花隔板（图1），即只从最初的折流板，到20世纪70年代出现的在圆形隔板的四个象限的某一象限或两个象限折流杆，以及近年来出现的螺旋折流板、异型孔（最多三个象限）上开有管孔，作为管束支撑，板等一系列新型壳侧支撑结构，都在围绕着壳侧而未开管孔的象限则是空的，或钻有很大的孔，强化换热这一课题进行，而且还在继续。折流板作为流体的通道。花隔板交替布置，相邻两

4、块隔是目前使用范围较广的一种壳侧支撑结构，其特板的空缺部分相差一个相同的角度，即后一块隔点是使流体横掠管束以提高壳侧换热系数，但同板相对于前一块隔板绕中心轴线顺时针或逆时针时也将使流动阻力增加，并伴随有流体诱导振动旋转一个角度，此角度可以是30°，60°或90°等，发生，导致换热管磨损甚至断裂。折流杆的特点如此往复（图2）。本实验旋转角度为90°。这样则是使流体由横掠管束改为纵掠管束，但由于折的结构就可以使流体在纵向流动的同时发生偏转流杆对流体的扰动作用，壳侧换热过程也得到强以达到强化换热的目的。这种结构的最大优点是化，同时由于流体纵向流动，流动阻力大为减小，既能强化换热

5、，又简化了换热器的制造。基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（200304870006）通讯作者：E-mail：hust_xyz@163.com第2卷第3期2007年3月中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE1872积，m；A=ndπL（4）on——换热管根数；do——换热管外径，m；L——换热管有效长度，m；Δt——对数平均温差，℃；m换热器流程为双管程单壳程，即1－2型换热器，[2]其对数平均温差的计算公式如下：2()1ttR′′−+′22图1花隔板示意图Δ=tm（5）22(−PRR1+−+1)ln22(−PRR1+++1)tt′−′′tt′′−′1

6、122RP==,tt′′′−tt′−′2212tt′,′′——管侧进、出口温度，℃11tt′,′′——壳侧进、出口温度，℃22换热量可由流体定压比热容、进出口温差及质图2花隔板换热器内部布置示意图量流量计算得到。换热量的计算公式如下：Qmc=&⋅⋅pΔt（6）1实验介绍m&——流体质量流量，kg/s1.1实验原理cp——定压比热容，J/(kg·K)总传热系数计算公式[1]：通过式（3）～（6）即可计算出总传热系数k。光滑圆管内换热性能的研究已经比较成熟，而1k=（1）且有比较准确的换热准则关系式，所以管内换热系11do数可由光滑圆管内换热准则关系式计算得到，采用++++R

7、RRiwohdiiho以下公式[1]：h20.81/3ηf0.14i——管内换热系数，W/(m·K)；Nu=0.027eRffPr()（7）h2ηwo——管外换热系数，W/(m·K)；R——管内污垢热阻，(m2·K)/W；下标f表示定性温度采用流体平均温度，下标wiR——管外污垢热阻，(m2·K)/W；表示定性温度采用管壁温度。oR——换热管导热热阻，(m2·K)/W；管壁温度根据导热方程和对流换热方程联立，w由于实验中所使用的换热器是新的，所以两个并用迭代法求得。污垢热阻均可以忽略不计。故式（1）变形为：由式（7）可计算得到