文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123107
螺旋折流板搭接量对换热器壳侧流动传热影响的实验研究
高彬1,毕勤成1*,李德雨2,邢高磊2,聂泽森1,桂淼1
(1、西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,西安,710049
2、中国船舶重工集团公司第七二五研究所,洛阳,471023)
(Tel:029-82665287,*Email:******@.)
摘要通过对一台螺旋角为20°、折流板搭接量为10%的螺旋折流板管壳式换热器进行实验测试,得到具有一定工程应用价值的壳侧流动压降和传热特性的无量纲实验关联式;并利用其他文献提供的实验数据,对比分析了折流板搭接量对壳侧流动传热的影响。研究表明,由于折流板搭接方式会对壳侧流动方式产生影响,因而会表现出不同的壳侧流动传热特性。特别指出,研究长度基准选取的不同,会得出不同的结论。
关键词螺旋折流板;折流板搭接量;壳侧流动传热;强化换热
0 前言
换热器在现代工业应用中占有十分重要的地位,特别是在化工、动力、能源、石油等工业领域中应用极为广泛。在众多结构各异的换热器种类中,管壳式换热器因其具有结构简单、适应性强、处理量大,且能适应高温高压等优点,成为应用最为广泛的一种换热设备。传统管壳式换热器的壳侧采用弓形折流板结构,导致壳侧流动压降大,存在流动死区易结垢,流体横向冲击管束易产生震动,缩短了换热器的使用寿命。为了解决弓形折流板的上述缺陷,上世纪九十年代初国外学者提出的螺旋折流板结构,已被业界证明其壳侧综合换热性能优于弓形折流板[1]。
目前受制造加工的限制,工业实际中多是采用多块折流板搭接的方式构造壳侧螺旋流动。现有文献多是关注折流板布置角度对壳侧流动传热的影响,通过实验测试和数值模拟的方法,证明存在最优的螺旋角度使得壳侧换热效果最好[2, 3]。然而很少有文献对折流板搭接量影响壳侧流动换热问题进行研究。折流板搭接量e的定义式为:(见图1)
图1 折流板搭接结构示意图
本文通过对一台螺旋角度为20°、折流板搭接量为10%的螺旋折流板管壳式换热器的壳侧流动和传热特性进行实验测试,并与文献[4]中的相同螺旋角折流板搭接量为50%的样机实验数据进行对比,研究折流板搭接量对壳侧流动传热的影响。
1 实验系统及数据处理
实验系统
实验是在西安交通大学动力工程多相流台上进行的。实验平台的系统图如图2所示。实验系统由两个独立的循环管路系统构成,分别是管侧回路和壳侧回路。管侧回路内采用的实验工质是水,由水箱流出,经离心水泵升压并通过旁路调节流量后进入换热器中,管侧流体在换热器内与壳侧流体进行充分换热后,流入冷却塔进行冷却并返回水箱。壳侧回路中的实验工质采用导热油,导热油经导热油泵打入到油加热器中进行加热,达到工况温度后进入换热器中与管侧流体换热,流出换热器后返回到导热油泵中进行再次循环。为保证管路中的压力保持稳定,需在管路中设置油膨胀箱。另外在油路中特别设置了用于过滤工质的过滤器,以保证进入换热器中的导热油品质纯净。
管路水侧采用电磁流量计测量冷却水的体积流量,%;壳侧油路流量的测量采用高准(Micro MotionTM)质量流量传感器,型号为F200S,%。在换热器管侧和壳侧的进出口处分别设置温度测点