高效傳熱低流阻換熱器的開發(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。本文以螺旋流動為研究對象，分析了傳熱系數(shù)和壓降的影響因素，并運用到新型換熱管和換熱器的開發(fā)研究，通過實驗測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。 本文的主要研究內(nèi)容及取得的主要成果如下： (1)以管內(nèi)螺旋流動為

2、研究對象，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，討論了扭比和雷諾數(shù)對流體流動和傳熱的影響，得出螺旋流動強化傳熱的機理主要是：扭帶使管內(nèi)流體作螺旋流動，提高了流速，隨之次流也增強，減薄了流動邊界層和傳熱邊界層，從而強化了管內(nèi)的對流換熱。螺旋流道的截面積沿軸向沒有變化，流體沒有產(chǎn)生渦和回流，流體流動連續(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，從而強化了管內(nèi)的對流傳熱。 (2

3、)以管外螺旋流動為研究對象，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，討論了螺旋角和雷諾數(shù)對管外螺旋流動和傳熱的影響，得出管外螺旋流動與管內(nèi)螺旋流動有著相同的強化傳熱機理，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變化，不會出現(xiàn)渦和回流，流體流動連續(xù)通暢、穩(wěn)定。管外螺旋流動和管內(nèi)螺旋流動不同的是扭片和扭帶的作用范圍，扭片的作用范圍較小，對流體的影響比扭帶小，做結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡可能擴大扭片的作用范圍。

4、(3)在對螺旋流動研究的基礎(chǔ)上，汲取螺旋折流板換熱器的優(yōu)點，開發(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。對新型換熱管的結(jié)構(gòu)做了設(shè)計，設(shè)計了新型換熱管的加工工藝。對新型換熱器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，說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，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)簡單、制造方便，另外，換熱管上的支撐點多，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，傳熱得以強化，而壓降提高不大；反向肋片管束能使各單個旋流相互促進(jìn)，旋流得到加強，總體性能優(yōu)于同向肋片管束。通過對螺旋角的優(yōu)化，確定了螺旋角的最佳取值范圍為20。<α<25°。 (5)用實驗的方法測定了螺旋肋片換熱器的換熱和流體流動性能，并與數(shù)值模