第4章传热学无源强化ppt课件.ppt

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1、第四章对流换热的无源强化无源强化技术不需要附加设备和附加动力，工作可靠，应用最多。通常随着对流换热的增强，传热介质的压力损失和唧送功率也将迅速增加。按照不同对象和要求选择简单、经济、高效的强化传热方法。分为整体强化传热表面（用机械加工、电化学腐蚀或者焊接各种扰流元件或多孔体所构成）和插入物、旋流、添加物、射流等。2021/10/614.1管内插入物对传热的增强在大容器中使用的搅拌方法在管内不易直接使用；通常利用静止的流体混合装置，即利用各种管内插入物使流体产生径向流动，从而加强流体的混合、促进管内流体速度和温度分

2、布的均匀并获得管壁与流体间较高的对流换热系数。由于流体二次流动和摩擦面积的增加，将使流体经过含插入物管子时的压力损失和泵功率大大增加。节省的机械功率可以补偿泵功率，且没有机械转动部分，工作非常可靠。2021/10/62混合元件：沿管长装满丝网多孔体或金属螺旋刷；Sulzer静止混合器；扭曲叶片；Kenics静态混合器；扭曲带2021/10/634.1.1含扭曲带管内的流动及传热特性结构最简单S为节距，是扭转180度的轴向长度，D与管内径相等。扭曲比y=S/D扭曲比越小，扭转程度越高，流体在管内的压力损失和换热系数

3、也越大。SD适合于层流运动，如果是湍流，流体主流部分的混和本来就比较强烈，扭曲带的增强作用就低得多。而阻力损失很大，不合算。2021/10/64（1）阻力系数含扭曲带圆管的水力直径管内放置1根直条时取δ/D=0.05管内含直条时与空管的速比平方为2021/10/65压降管内含直条时的压降与空管压降之比管内含扭曲带时由于径向二次流的存在以及流动途径的增长，阻力损失更大。有经验公式计算。2021/10/66（2）传热系数Lopina-Bergles经验公式计算含扭曲带管内湍流运动流体被加热时松配合F=1;紧配合F=1

4、.25流体被冷却时可见对湍流强化很有限例如：松配合，扭曲比y=2和3，流体冷却情况下，换热强化比分别=1.33和1.12021/10/67对层流换热作用比较显著。水和乙二醇乙烯为传热介质的含扭曲带管内层流换热经验公式为绝大多数实验点的偏差在±25%以内Re/y>10后，与空心管相比，换热系数可增大2~10倍。2021/10/68扭曲带置于管子进口部分扭曲带可以只置于管子进口部分。流体离开扭曲带后由于惯性仍然保持旋转状态，但强度逐渐衰减。换热效果差一些，约降低20%；但阻力损失也减小约85~100%。2021/10

5、/69扭曲带在内翅管中的复合传热既用内翅增加传热面积，又使扭曲带增加对流换热系数。马达油在含扭曲带的内翅管中换热和阻力试验的结果。在等壁温加热或冷却时，流体的换热经验公式为：含扭曲带的内翅管比空心管优。当马达油被冷却时，呈现层流运动的特性，阻力系数与Re成反比；被加热时，近壁处流体粘度降低，阻力系数明显下降，呈现某种湍流度的影响，即阻力系数与Ren成反比,n<1。相同泵功率下，流体被加热时的换热系数比冷却时要高。2021/10/610扭曲带置于粗糙管内的传热特性光管＋扭曲带粗糙管＋扭曲带粗糙管光管1优于22021

6、/10/6114.1.2Kenics静态混合器扭曲带做成一段左旋，一段右旋，后段扭曲带的前缘与前段扭曲带的后缘错位90度相焊接，交替连接成串。扭曲比y=1.5~2。Genetti公式:2021/10/612圆管内的层流换热，Sieder-Tate公式：层流条件下，与空心管相比，相同泵功率下含静态混合器流道内的换热强化比：对于y=2,Re=200~2000时,Nu/Nu0值在等泵功率下为1.83~2.79。2021/10/613算例传热介质：氟利昂113装有的Kenics静态混合器的垂直管Re=1000~5500,

7、实验管内径12.7mm，y=1.56种布置方式：沿加热管全长装满50个混合元件沿加热管均匀布置25个混合元件，并用不锈钢丝相连，元件之间距离相同沿加热管上游段布置25个混合元件沿加热管上游段布置12个混合元件沿加热管上游段布置6个混合元件沿加热管上游段布置3个混合元件2021/10/6144.1.3自由旋流对换热的强化用进口处的涡流发生器使流体在传热管中发生自由旋流，从而增强传热过程。涡流强度沿着流程是逐渐降低。涡旋强度用管内旋流角动量Mθ与轴向动量Mx之比表示在自由旋流中，流体的摩擦系数f可从测得的总切应力τ求

8、得2021/10/615Lc滑动气室长度，反映初始涡旋强度2021/10/616θ壁面涡流角θ0初始壁面涡流角2021/10/617随着壁面热流密度q值的增加，等泵功率下的自由涡旋换热强度比也随之增加，但是Nu/Nu0沿管长的衰减率也随q值的增长而加快。2021/10/6184.1.4螺旋管内的换热规律螺旋管换热器因制造简单并有较大的换热系数，因此在工程上有广泛应用。流体