螺旋隔板單管換熱器傳熱與流阻性能實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對(duì)能源的需求也日益增加.從目前來看,中國(guó)人均能源資源僅為世界平均水平的一半,而能源利用效率只有35﹪,遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的52﹪,如何提高能源的利用效率以節(jié)約能源具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義.管殼式換熱器廣泛應(yīng)用于石油化工、能源動(dòng)力、制冷、機(jī)械、冶金、建筑等行業(yè)之中,它是一種重要的熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備,其效率的高低,直接影響到熱能的轉(zhuǎn)換效率和利用水平.因此,改進(jìn)和提高換熱器的傳熱效率是節(jié)省投資、節(jié)約能源、提高生產(chǎn)能力的重要途徑.螺

2、旋隔板換熱器是近年發(fā)展起來的高效能管殼式換熱器,流體動(dòng)力學(xué)和傳熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究表明,螺旋隔板換熱器具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)流體在殼程呈近似塞狀流動(dòng);(2)流速均勻;(3)泄漏流及旁路流少;(4)不存在流動(dòng)死區(qū),因而它能有效地將殼程壓降轉(zhuǎn)化為傳熱系數(shù)的提高.該文以水—水換熱為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,研究了螺旋隔板單管換熱器的傳熱與流阻性能.實(shí)驗(yàn)傳熱管共有六根,其中一根是外徑為16.0mm的光滑管;其余五根是分別采用外徑為16.0mm的光滑管加工成具有不同翅片

3、高(1.0mm、1.2mm和1.5mm)和翅片距(0.8mm、1.0mm和1.2mm)的花瓣管.通過修正的威爾遜分離方法分別得出了6種螺旋隔板單管換熱器的管程傳熱系數(shù),并結(jié)合總傳熱系數(shù)分別計(jì)算出了各自的殼程傳熱系數(shù),同時(shí)還直接測(cè)量出各換熱器的殼程壓降.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同的Re值下,螺旋隔板花瓣管單管換熱器的殼程傳熱準(zhǔn)數(shù)Nu是螺旋隔板光滑管單管換熱器的2~4倍,壓降只是它的1.4~1.8倍,證明花瓣管具有十分優(yōu)越的強(qiáng)化傳熱性能,其與螺旋

4、隔板搭配構(gòu)成的換熱器具有良好的傳熱與壓降性能.在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),花瓣管翅片高度的增加、翅間距的減少都有利于傳熱強(qiáng)化性能的提高.實(shí)驗(yàn)誤差分析表明,殼程對(duì)流換熱系數(shù)α<,o>的實(shí)驗(yàn)誤差小于7.27﹪,殼程壓降ΔP的實(shí)驗(yàn)誤差小于15.4﹪.該文還采用FLUENT6.0軟件對(duì)整個(gè)螺旋隔板光滑管單管換熱器的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并與實(shí)驗(yàn)測(cè)量和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)很吻合,這驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性.流場(chǎng)模擬結(jié)果顯示,流體在殼程呈螺旋狀流