振蕩流熱管換熱器換熱性能及其在干燥系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、振蕩流熱管(OHP)是一種新型高效的傳熱元件。這種熱管具有優(yōu)良的傳熱性能，且結(jié)構(gòu)簡單，管徑細，能隨意彎曲，可以采用不同的加熱方式和加熱位置，比傳統(tǒng)重力熱管有明顯的優(yōu)勢。振蕩流熱管換熱器作為一種新型的換熱裝置，適合用于以干燥系統(tǒng)尾氣為代表的低溫含濕廢氣余熱的回收，在化工、石化、龜力、冶金等重點耗能行業(yè)行業(yè)中有廣闊的推廣前景。
　　 國內(nèi)外對振蕩流熱管換熱器研究還處于初步階段，未能實現(xiàn)其在重點耗能行業(yè)的應(yīng)用。本文基于傳熱學理論，采用

2、實驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，主要研究振蕩流熱管換熱器的換熱性能及其強化換熱途徑，為該換熱裝置推廣提供設(shè)計方法。
　　 對振蕩流熱管換熱器的設(shè)計方法進行了研究。研究對象是由回路型熱管元件組成的振蕩流熱管換熱器。以傳統(tǒng)重力熱管換熱器的設(shè)計計算為基礎(chǔ)，結(jié)合振蕩流熱管換熱器不同用于常規(guī)間壁式換熱器的特點，通過分析研究出了適用于振蕩流熱管換熱器的換熱系數(shù)及換熱溫差的計算式和設(shè)計計算方法。換熱器的性能評價標準較多，從余熱回收的

3、角度出發(fā)，以熱回收率作為振蕩流換熱器單一評價標準，較為簡便直觀。
　　 通過實驗方法，對振蕩流熱管換熱器換熱性能進行測定。分別在熱端通入干熱空氣和有蒸汽加入的混合氣體來研究振蕩流熱管換熱器的換熱情況，研究不同流動方式和不同熱管加熱位置對換熱換熱量的影響，以及熱流體溫度、流量和濕度對熱回收率的影響，并研究了含濕氣體換熱系數(shù)隨含濕量的變化的關(guān)系式。結(jié)果表明，振蕩流熱管換熱逆流換熱比順流換熱換熱性能好。底部加熱的振蕩流熱管換熱效率高于

4、頂部加熱。對于含濕熱氣流，隨著熱氣流進口的溫度的升高或濕度的減小，當出口溫度遠高于露點，振蕩流熱管換熱器的熱回收率而緩速增大；當出口溫度低于或接近露點，熱回收效率顯著降低?；趯嶒灁?shù)據(jù)，推導(dǎo)出可用于存在空氣和蒸汽混合流體的對流換熱系數(shù)計算方法，該方法對于振蕩流熱管換熱器的設(shè)計具有很大的實用價值。
　　 應(yīng)用場協(xié)同理論指導(dǎo)振蕩流熱管換熱器的設(shè)計?；趫鰠f(xié)同理論分析振蕩流熱管換熱器管排方式、結(jié)構(gòu)參數(shù)與運行參數(shù)對換熱性能的影響。流體在

5、振蕩流熱管換熱器中的流動與氣流橫向沖刷管束相類似，為整體分析被研究區(qū)域溫度場和速度場的協(xié)同程度，可通過場內(nèi)流體各點的局部速度矢量及相應(yīng)溫度梯度夾角之和的平均值βm來分析。當冷熱端進口截面相等，且忽略熱物性的差別，冷熱端各自風速與換熱面積的乘積彼此相等時，振蕩流熱管換熱器冷熱溫差場的均勻性最好，換熱器性能最優(yōu)，這實質(zhì)上反映了冷熱流體換熱當量的協(xié)同性。
　　 對振蕩流熱管換熱器分別建立二維和三維模型進行數(shù)值模擬。研究了管束排列方式和

6、排列密度對流體與管束間對流換熱的影響，以及熱流體進口溫度和冷熱流體流速的變化對振蕩流熱管換熱器換熱性能的影響，同時對冷熱端風速與換熱面積乘積彼此相等的匹配關(guān)系進行了數(shù)值模擬驗證。結(jié)論是，管束叉排排列優(yōu)于順排排列方式，叉排時速度場和溫度場的平均β角要小于順排，Nu數(shù)大于順排。對于不同管束排列密度，無論順排還是叉排，順風間距Pl對Nu影響均明顯大于迎風間距Pt，合理選擇順風間距Pl，是獲得較高場協(xié)同度的關(guān)鍵?？梢酝ㄟ^改變速度與換熱面積的匹配

7、來提高溫差場的均勻性，當uhAh=ucAc時，即熱端換熱面積和流速之積與冷端換熱面積和流速之積相等時，換熱器的溫差場均勻性最好。冷熱流體進口溫度對溫差場均勻性影響不大。熱風流速越小，熱回收率越高。
　　 設(shè)計出用于木材和精制鹽干燥余熱回收的振蕩流熱管換熱器。實驗測試表明，對于木材干燥余熱回收系統(tǒng)，振蕩流熱管換熱器是理想的換熱裝置，采用uhAh=ucAc設(shè)計方法及叉排方式設(shè)計的振蕩流熱管換熱器性能優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的換熱器。對于精制鹽干