高效傳熱低流阻換熱器的開(kāi)發(fā)研究.pdf

1、提高換熱器的換熱效率和減小壓降是換熱器研究的主要目的，而換熱器內(nèi)部流體的流動(dòng)狀態(tài)是影響換熱器綜合性能的重要因素，因此，只有了解流體流動(dòng)的規(guī)律才能找到提高換熱效率和減小壓降的方法。本文以螺旋流動(dòng)為研究對(duì)象，分析了傳熱系數(shù)和壓降的影響因素，并運(yùn)用到新型換熱管和換熱器的開(kāi)發(fā)研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了新型換熱器的性能，結(jié)果表明，新型換熱器的綜合性能明顯優(yōu)于折流桿換熱器。 本文的主要研究?jī)?nèi)容及取得的主要成果如下： (1)以管內(nèi)螺旋流動(dòng)為

2、研究對(duì)象，以換熱管內(nèi)置扭帶為模型，分別用解析和數(shù)值模擬的方法分析了管內(nèi)螺旋流動(dòng)，討論了扭比和雷諾數(shù)對(duì)流體流動(dòng)和傳熱的影響，得出螺旋流動(dòng)強(qiáng)化傳熱的機(jī)理主要是：扭帶使管內(nèi)流體作螺旋流動(dòng)，提高了流速，隨之次流也增強(qiáng)，減薄了流動(dòng)邊界層和傳熱邊界層，從而強(qiáng)化了管內(nèi)的對(duì)流換熱。螺旋流道的截面積沿軸向沒(méi)有變化，流體沒(méi)有產(chǎn)生渦和回流，流體流動(dòng)連續(xù)通暢、穩(wěn)定。提高雷諾數(shù)、減小扭比都可提高流體的流速，使傳熱系數(shù)增大，從而強(qiáng)化了管內(nèi)的對(duì)流傳熱。 (2

3、)以管外螺旋流動(dòng)為研究對(duì)象，以螺旋扭片套管換熱器為模型，用同樣的方法分析了管外螺旋流動(dòng)，討論了螺旋角和雷諾數(shù)對(duì)管外螺旋流動(dòng)和傳熱的影響，得出管外螺旋流動(dòng)與管內(nèi)螺旋流動(dòng)有著相同的強(qiáng)化傳熱機(jī)理，同樣可以提高傳熱系數(shù)。管外螺旋流道的橫截面積沿軸向不會(huì)變化，不會(huì)出現(xiàn)渦和回流，流體流動(dòng)連續(xù)通暢、穩(wěn)定。管外螺旋流動(dòng)和管內(nèi)螺旋流動(dòng)不同的是扭片和扭帶的作用范圍，扭片的作用范圍較小，對(duì)流體的影響比扭帶小，做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能擴(kuò)大扭片的作用范圍。

4、(3)在對(duì)螺旋流動(dòng)研究的基礎(chǔ)上，汲取螺旋折流板換熱器的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出了一種新型換熱管——螺旋肋片換熱管和由這種換熱管組裝成的新型換熱器——螺旋肋片自支撐管殼式換熱器。對(duì)新型換熱管的結(jié)構(gòu)做了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了新型換熱管的加工工藝。對(duì)新型換熱器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，說(shuō)明了這種換熱器的組裝方法。新型換熱器中的螺旋肋片既增加了傳熱面積、誘導(dǎo)流體做螺旋流動(dòng)，又起到支撐管束保持管間距的作用，完全取代了折流板。螺旋肋片換熱器具有較高的傳熱系數(shù)和較低的壓降，綜合性能

5、明顯提高，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，另外，換熱管上的支撐點(diǎn)多，約束增加，具有較好的防振和抗振性能。 (4)建立了同向肋片管束和反向肋片管束的三維模型，進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，傳熱得以強(qiáng)化，而壓降提高不大；反向肋片管束能使各單個(gè)旋流相互促進(jìn)，旋流得到加強(qiáng)，總體性能優(yōu)于同向肋片管束。通過(guò)對(duì)螺旋角的優(yōu)化，確定了螺旋角的最佳取值范圍為20。<α<25°。 (5)用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定了螺旋肋片換熱器的換熱和流體流動(dòng)性能，并與數(shù)值模