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:
升膜式板式换热器的换热性能研究
高晓凯陶乐仁王刚
(上海理工大学, 上海 200093)
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摘要升膜蒸发是在换热器表面形成一层薄液膜,薄膜蒸发能够强化换热。本文研究采用光滑铜板的板式升膜蒸发器,以去离子水作为介质,在不同进水流量、不同加热量(热流密度)下,测定换热器某些点的局部换热系数,计算出总的换热系数,研究影响板式换热器升膜蒸发的因素和变化趋势。
关键词板式换热器换热系数热流密度
0、引言
我国能源的现状是总量大,人均少;煤炭资源丰富,石油及天然气极为缺乏;能源利用率极低,单位能耗又极高的特点。因此,能源问题将是经济与社会是否和谐发展的重要问题。20世纪是粗放型的发展,是以消耗能源,牺牲环境为代价的。21世纪,必须以人与自然和谐共处的可持续发展来代替,这就要求加快高新技术的研究,提高生产工艺,为我国21世纪的发展提供技术保障。
化工行业是国民经济发展的重要产业,也是资源密集型的高耗能、高污染产业,其工业的“三废”(废渣、废水、废气)的排放量大,利用率不高,不仅浪费资源,而且污染环境。化工行业的这些特点决定了化工行业是最有条件、最具潜力发展循环经济的产业之一,也是迫切需要做好环境保护工作和加快发展循环经济、落实科学发展观、构建和谐社会的产业之一。
近年来, 板式换热器技术日益成熟,其传热效率高、体积小、重量轻、污垢系数低、拆卸方便、板片品种多、适用范围广, 在各个行业得到了广泛应用。[1]
升膜蒸发原理:过冷的液体进入狭长的流道,液体被蒸发过程中,不同的区域呈现不同的传热形式。包括单相液体的对流传热、过冷核蒸发、饱和核沸腾、通过液膜的强制对流传热。[2]
升膜是以热能为驱动力转化为动能的一种不断连续运动的液膜。由其形成机理可知,生成的液膜都很薄,所以当薄薄的液膜流经加热表面时,就会迅速蒸发,达到较高的传热系数。升膜蒸发换热器换热性能较满液式蒸发器高出很多。国内关于研究升膜式板式换热器蒸发性能的论文不多,. Ribeiro ,并研究了升膜及降膜式板式蒸发器中的稳态模型;. Pacheco, . Frioni做了关于蔗糖在升膜及降膜蒸发器中的实验研究,Kim, H. 。
实验的数据处理方法
很多学者关于升膜蒸发总换热系数的计算方法的做了很广的研究[3-5] ,可以看出,流动沸腾的理论研究和计算还不是很成熟,对于不同的流体通道,不同的换热器类型,其传热规律也大不相同,实验得到的经验公式也因换热器不同、换热条件不同而相异,迄今为止,基本上没有形成一个通用的传热计算公式,特别是对于窄缝通道的换热至今没有一个统一的计算方法。因此,本实验采取的计算总换热系数的方法也是对这类问题的一个简单的探讨。
计入热量损失后的热流密度的计算公式如下:

式中Q为电加热片输入功率,单位为kW;A为加热面积,A=。其中的热量损失大小可由此工况下单相流动时计算得出。
垂直矩形窄通道的局部换热系数定义为:

式中为通道壁面温度,单位为K,由铜板中热电偶所得的温度通过傅里叶导热定律求得;