管殼式換熱器分液特性實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、能源的急劇下降和環(huán)境的不斷惡化使人們意識(shí)到節(jié)能環(huán)保的重要性，現(xiàn)有社會(huì)的各種能耗中，換熱設(shè)備占有很高的比例。鑒于各國(guó)高能耗的現(xiàn)狀和換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，提高換熱器的換熱性能勢(shì)在必行。管殼式換熱器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，選材范圍大，適應(yīng)高溫高壓，造價(jià)低等，在化工、石油、能源、動(dòng)力、醫(yī)院、食品、冶金等部門(mén)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。蒸汽凝結(jié)是一種伴隨有相變的對(duì)流傳熱過(guò)程，為了獲得較高傳熱效率的同時(shí)，必須考慮到換熱器的設(shè)計(jì)與節(jié)能降耗的關(guān)系。針對(duì)管內(nèi)冷凝式換熱

2、器而言，蒸汽在管內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中，由于管內(nèi)壁面形成凝結(jié)液膜，流動(dòng)的狀態(tài)由珠狀凝結(jié)換變?yōu)槟钅Y(jié)。并且隨著液膜的不斷增厚，而導(dǎo)致熱阻增加，使傳熱不斷惡化。探索研究管內(nèi)凝結(jié)式換熱器管程側(cè)的強(qiáng)化換熱，如何減少膜狀凝結(jié)段的長(zhǎng)度，最大限度地維持蒸汽處于較高換熱系數(shù)的管段或高效換熱流態(tài)流型，對(duì)于提高管殼式換熱器的整體換熱性能具有重要的意義，而且有助于解決管殼式換熱器用能低效的缺陷。
　　本文利用自行設(shè)計(jì)搭建的凝結(jié)換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)一種帶有中間排液結(jié)構(gòu)

3、的管殼式換熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。該換熱器以水作為循環(huán)工質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的蒸汽進(jìn)口壓力，控制換熱器出口凝液的溫度，對(duì)這種新型高效管殼式換熱器的凝結(jié)傳熱過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。采用Fluent模擬軟件對(duì)換熱器殼側(cè)流體溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)以及管側(cè)流體凝結(jié)換熱中凝結(jié)液和蒸汽的分布情況進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　研究表明：在形成穩(wěn)定液封并能進(jìn)行排液的情況下，隨著開(kāi)啟漏液管數(shù)的增加，其換熱量、凝結(jié)換熱系數(shù)以及總傳熱系數(shù)均可得到提升，但是換熱溫差隨漏液管開(kāi)啟數(shù)目

4、的增多而降低；漏液量越大，強(qiáng)化換熱器性能的趨勢(shì)越明顯，越能緩解因積液存在而導(dǎo)致?lián)Q熱器傳熱惡化。
　　實(shí)驗(yàn)證實(shí)，不同的冷卻水流量，對(duì)應(yīng)不同漏液管開(kāi)啟數(shù)，在蒸汽進(jìn)口壓力為0.17Mpa、溫度115.3℃和冷卻水流量0.058kg/s情況下，開(kāi)啟兩根漏液管時(shí)對(duì)改善換熱器傳熱惡化的效果最明顯，換熱量升高1.38％，總傳熱系數(shù)上升幅度為2.82%；蒸汽進(jìn)口壓力為0.17Mpa、溫度115.3℃和冷卻水流量0.06kg/s時(shí)，開(kāi)啟三根漏液管時(shí)

5、對(duì)改善換熱器傳熱惡化的效果最明顯，換熱量升高1.66%，總傳熱系數(shù)上升幅度為3.59%。
　　通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了相應(yīng)的對(duì)比，在冷卻水進(jìn)口流速為0.18m/s時(shí)，分別開(kāi)啟0、1、2根漏液管情況下，模擬值與實(shí)驗(yàn)值的誤差范圍為12.4％~13.9％；當(dāng)冷卻水進(jìn)口流速分別為0.18m/s、0.19m/s、0.20m/s情況下，開(kāi)啟一根漏液管時(shí)，模擬值和實(shí)驗(yàn)值的誤差范圍為11.8％~13.1％。
　　通過(guò)本文的實(shí)驗(yàn)研究以及數(shù)值