强化传热与自清洁技术―洁能芯.ppt

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1、强化传热与自清洁技术—洁能芯讲解：答疑：总结：摘要介绍了“洁能芯”产生背景，以及强化传热和自清洁原理，对“洁能芯”强化传热与自清洁效果进行了实验仿真分析，在此基础上以电力行业为例，阐明了“洁能芯”在火力发电机组凝汽器上的实际应用情况。产生背景能源是国民经济可持续发展的重要保证。但是，作为当今世界主流能源的煤炭、石油和天然气等化石能源在大规模利用的过程中，对人类生存环境造成了极大污染，同时也很快面临自身的枯竭。为此，人们想了各种方法来研发高效换热技术和设备，来提高能源的利用效率。虽然新研发的各种技术，能够提高换热能力，但是长

2、期运行所积累下的污垢将使得多数强化管面临尴尬的境地。为了更好地解决凝汽器强化传热和污垢难题，北京化工大学的杨卫民教授所带领的团队发明了一种转子组合式强化传热装置－“洁能芯”，具有在线自动清除污垢和强化传热双重功能。。洁能芯的组成该装置由固定架、转子和支撑轴等部件构成。两固定架分别承插固定在传热管的两端；转子的外表有螺棱，转子上有中心孔；支撑轴穿过转子的中心孔固定在两定架上。在换热器传热管内放置多个转子，转子的总长度略小于传热管长度。转子的外径小于传热管的内径，转子的中心孔直径略大于支撑轴的外径，支撑轴的中心线与传热管的中心

3、线基本重合。强化传热和自清洁原理原理图安装实图洁能芯原理总述洁能芯在管内介质的冲击下快速旋转，使得介质由层流转化为以螺旋运动为主的复杂运动。这种流动有利于增强管内介质的湍流程度，增加介质内部的热交换，达到强化传热的目的。洁能芯的旋转运动能够彻底刮擦传热管内壁污垢，并且对结垢具有明显的预防作用，因此可以自清洁。具体可从三个方面考虑1、速度场分布列管式换热器，普通传热管(光管)内的流体基本上沿轴线呈直线流动。但是，内置“洁能芯”的传热管，模拟结果显示出管内流体的流动发生了显著变化，整体上呈有规律的三维螺旋状旋转流动，如图1所示

4、。螺旋型流动状态加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动，并可以防止污垢的沉积，使传热强化并起到清洁的作用。图1管内介质整体螺旋状流场图2是横截面上切向速率分布图。由图可以清晰地看见流线分成两部分，在转子边缘与管壁之间区域内流线呈环绕型的螺旋流动，切向速度加快（颜色由蓝到红表示速度值由慢到快），改变了边界层的滞留状态，使边界层受到剧烈的扰动，由此获得管内的自清洁效果。转子宽度内的流体在转子的导流作用下，有着明显较大的轴向速度和切向速度，由切向速度分量产生的离心力会使流体中间区域密度较大的冷流体趋于向外流动，与靠近边缘的密度较小的

5、热流体相混合，这种径向混合现象可更有效地提高换热效率，起到强化传热的作用。图2横截面上切向速率分布2、压力分布如图3所示，从中可以看到压力从进口到出口呈下降趋势。根据能量转化原理，流体流经换热管时，将一部分能量传递给转子，一部分能量用来克服流动阻力，到出口时流体的能量必然减少，压力也会相应下降。在转子旋转轴附近的压力比较低，随着管长的增加和螺旋流的逐渐形成，甚至相对压力出现负值，这是由于流体在离心力的作用下趋于向外流动，内部的压力就会减小甚至形成负压，流体在这个地方必然出现二次流，可以增加流体的径向扰动从而增强换热。图3传

6、热管内压力分布3、温度场分布图4为换热管内管流体任意与管壁平行的截面温度分布，由图可以看出流体的温度变化较快，所以传热效果较好。图4图5为传热管表面传热系数分布，在进口处的表面传热系数较高，向出口方向逐渐下降，但整体的表面传热系数分布是比较均匀的，大约为1.4×103W/(m2.k)，而光管的表面传热系数会随管长的增加下降得很快，这对于换热器效率的提高有着重要的意义。一般情况下为了提高换热效率都会增加管长，但是表面换热效率沿着管长下降过快就使增加管程的效果大大减弱。因此表面换热系数分布的改善也是一项有效的强化传热措施。图5

7、传热管表面传热系数分布结果通过以上计算机模拟实验分析，内置转子组合式强化传热装置—“洁能芯”的换热管内介质流场发生了根本性的变化，流体的流动由通常的直线流动变为为规律性的三维螺旋线旋转流动。在转子与管壁间的环缝区域内，流体呈螺旋形环绕流动，带有明显的切向运动，切向速度随半径的增大而减小，轴向速度随半径的增大而增大，有效地消减了边界层的厚度，打破了管壁层流边界，可抑制污垢沉积和微生物滋生，达到自清洁效果，大幅度消除传热过程中的污垢热阻；由于转子的扰动，增加了流体的湍流强度，有利于对流传热过程的强化。流体内部轴线附近的负压现象

8、有利于二次流的形成，增加流体的径向扰动，从而可进一步增强换热。应用情况大唐集团某发电厂2号汽轮发电机组凝汽器乙侧安装管程组合转子扰流强化传热装置后，效果显著，经济效益明显。安装管程组合转子扰流强化传热装置后，凝汽器端差降低2.79℃，真空提高2.97kPa；冷却水流量减小9.8%；凝汽器在相同进水温度、