管内置梯形波带强化传热实验研究.pdf

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1、第39卷第4期化工机械435管内置梯形波带强化传热实验研究张千+何燕丁曼郑洪财张江辉(青岛科技大学)摘要设计了3种梯形波带内插件并对其强化换热特性进行实验研究，得出管内插入梯形波带扰流组件的传热系数_7I提高率为126％一220％，并对扰流组件引起的管程阻力进行了分析。通过传热性能评价准则(PEC)对插入梯形波带后的换热管进行传热的综合评价，证明梯形波带内插件确实是一种良好的加强换热能力的组件，并对实验数据线性回归拟合出了传热关系型。关键词换热设备强化传热梯形波带内插件传热性能中图分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254石094(2012)04J0435-

2、04现代工业中，换热设备占较大比例。如何提高换热设备的传热能力，以较低的投人获取较大的效益，在能源日益紧张的今天，已成为不容忽视的问题。强化传热技术便是解决这一问题的有效办法。强化传热的方法较多，其中管内插人物强化方式特点最为显著。国内外见着报导的有插人直条形和螺线形插件，管内插入扰流装置相对成本低，工艺简单，清洁容易，并可以有效防止污垢生成，对旧设备的革新挖潜尤为有利。笔者将研究在不增加流量的情况下，通过增设内置梯形波带使换热管内流体团块移动到壁面后，沿梯形波带斜片回到中部流动，以提高其传热的系数⋯。采用实验的方法，在相似理论的基础上，制作实验模型，设计不同几何

3、参数梯形波带扰流组件。测量实验数据，并进行实验数据处理，线性回归出换热器的传热计算关系型。1实验1．1实验流程传热实验设计了如图l所示的实验流程。图1实验流程+张千，男，1983年1月生，硕士研究生。山东省青岛市，266061。436化工机械2012年1——进口测压计；5——液体水域箱；9——控制阀；13——蠕动泵；2——进口测温热电偶；6——溢流口；10——排水管；14——冷却水箱；3——进水管；4——水域箱内温度测量热电偶；7——出口测温热电偶；8——出口测压计；ll——加热器；12——储液槽；lS—一换热器换热实验管段部分为可拆式的水浴套筒套管，传热内管采用

4、无缝钢管，规格为外径25．4mm、内径20．4mm的钢管，有效长度￡为l500mm，管内走冷却水。水浴套筒的管径D为300mm，长度L为1500mm，套筒内为80℃的热水，套筒外侧有10mm厚的保温层。传热管两端接有压力计和两只温度计，以测量两端的压降及温度变化；流体的实际体积流量Q由泵(蠕动泵)调节测量。1．2实验元器件元器件梯形波带，结构如图2所示，它是由3mm厚的不锈钢片制成的。图2内插件结构本实验设计了3种类型的内插件(表1)进行实验研究。表1内插件的设计类型内插件号结构类型1’2+3+单根(垂直于纸面)宽度5mm梯形波带单根(垂直于纸面)宽度10mm梯形

5、波带宽度5mm两根交叉一起的梯形波带1．3控制系统为了使水浴套筒内水温保持在80℃，测温热电偶测得的数据传送到控制柜，并由控制柜控制加热器的开与关，该控制系统(图3)为负反馈控制系统，它可以大大地减少操作人员的劳动量，而且操作简单易于保证温度在80℃。图3控制系统框图1．4实验方法在图1实验装置上对光管和不同梯形波带内插件管进行实验。步骤如下：a．将换热器壳体内装满水并进行加热，待水加热并稳定在80℃左右。b．进行空管实验。开启泵，将冷水打进光滑换热管内，热水对换热管内的冷水进行加热，之后流出进入储液槽。水流量从1450mL／min上升到3480mL／min测8组

6、数据，再从3480mL／min返回到1450mL／min测量。测量数据包括水流量、两只温度计读数、压力差和水浴套筒内水温度。实验时应保证流量稳定，将上升段和下降段同流量下的测量资料取平均值。c．将不同的梯形波带放入空管中重复以上实验步骤。2实验结果分析及讨论由傅立叶定理旧1Q=黝△f对实验测得数据进行计算得如图4所示曲线。冒0’g●每；螽隔蕞辎图4传热系数^与流量q关系曲线从图4可以看出，换热管中置入梯形波带扰流组件后，随着流体流量q的增大，换传热系数^都逐渐增大，该变化趋势与光管是一致的。另外，在同一雷诺数下，本实验插入不同种类梯形波带扰流组件的换热管传热系数疗

7、值明显要比无梯形波带插件时高，而交叉梯形波带的强化换热最好。从图中容易看出换热系数危提高率约为126％一220％。由图5压降卸与流体流量g关系曲线可以看出，压降△p随着流体流量q的增大而增大，并第39卷第4期化工机械437且内置梯形波带内插件扰流组件的换热管的压降△p大于光滑管的压降，表明换热管内置入梯形波带扰流组件后使得流体流动阻力增大。而交叉梯形波带扰流组件引起的流体阻力比单一梯形波带的都要大。日曼轧q椭趟图5压降△p与流量g的关系曲线换热管内对流传热膜系数通过修正的wilson图解法”1进行数据处理得到，根据传热关系型№=C·尺e”·Pr8进行线性回归拟合，

8、得到回归方