哈雷釬焊板式換熱器
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                  鋁制板翅式換熱器熱工性能的試驗研究

                  點擊:1917 日期:[ 2014-04-26 21:35:57 ]
                                      鋁制板翅式換熱器熱工性能的試驗研究                                倪利剛                   (合肥通用機械研究院,安徽合肥230088)     摘要:鋁制板翅式換熱器以其高效、緊湊、適應溫度范圍廣等突出優點,得到了越來越廣泛的應用,其主要以氣體-液體進行熱交換為主。針對空氣-乙二醇進行熱量交換的同一種結構不同翅片類型的鋁制板翅式換熱器的傳熱性能與阻力特性進行了試驗研究。     關鍵詞:板翅式換熱器,傳熱性能,阻力特性年     在目前的工業生產過程中,尤其是化工工業生產中,熱交換工藝過程是必不可少的,熱交換設備的使用非常廣泛。     熱交換設備發展的最初階段主要有蛇管換熱器、套管換熱器,這些換熱器由于制造工藝和技術水平的限制,具有結構簡單、換熱面積小、體積大、換熱效率低等缺點。隨著制造工藝的發展和技術水平的提高,出現了管殼式換熱器、板式換熱器、螺旋板式換熱器等各種換熱器,這些換熱器換熱面積要大得多,傳熱效果也較好?,F在換熱器的種類已經非常多,并且每種換熱器均以其各自的特點滿足著不同場合的使用要求。     板翅式換熱器因其增加了2次傳熱表面使得傳熱效率得到了很大的提升,其中鋁制板翅式換熱器以其傳熱效率高、單位體積換熱面積大、質量輕、結構緊湊、適應溫度范圍廣等特點在化工、石油化工、和其他許多工業領域中得到廣泛的應用。     在氣-液結構型式的換熱器中,由于液體側流體密度比氣體側流體密度高得多,其傳熱速率也遠遠高于氣體側的低密度流體,因此氣-液結構型式的換熱器換熱性能往往取決于氣體側的傳熱速率。氣體側的傳熱速率一方面與氣體的流速有關,另一方面也與氣體側的翅片型式有關。眾所周知增加空氣的流速,可以提高單位表面積的傳熱速率,傳熱速率的變化要低于速度的一次冥;而氣體流速的增加也帶來了更多的摩擦阻力,其阻力的變化達到了流速的2~3次方。不同的翅片對流體流動過程中的擾動也是不同的,在相同流速下,其傳熱速率及流體的阻力也是不同的,本文中我們選了3種翅片在液體側結構不變的情況下對試件進行了傳熱性能與壓力特性的試驗研究。     1·鋁制板翅式換熱器的結構與翅片種類     鋁制板翅式換熱器的外形可以根據使用場合的空間形狀而各不相同,但其基本組成部分卻是相同的。鋁制板翅式換熱器由封頭、接管、芯體組成。封頭是由鋁質型材做成的,封頭上有接管、泄放口、吊耳等配件,與芯體焊接成一體,主要起到一個緩沖來自接管的流體及將流體均勻分配到芯體中各個通道的作用。芯體是由分層隔板、封條、各種型式的翅片釬焊在一起形成的。其中分層隔板與封條將整個芯體分成不同的通道,通道里根據需要夾有各種不同的翅片,翅片一方面可以作為2次傳熱表面增加傳熱性能,另一方面還可以作為通道之間的支撐,增加換熱器的承壓能力。     經常使用的翅片型式很多,大致可分為平直型、鋸齒型、波紋型、錯齒型、百頁窗型等,相對于平直型翅片,其他幾種翅片增加了流體流動的雷諾數,增大了傳熱系數,提高了傳熱效果,同時也增加了流體的流動阻力。     本文所研究的換熱器外形為長方體,翅片為20°波紋型、兩種鋸齒型。具體尺寸見表1。換熱器外形見圖1。                   換熱器的實驗裝置示意如圖2所示。     氣體側,空氣通過空氣穩流器經過渡段進入測試段,測試段風洞尺寸與換熱器芯體尺寸相同,以保證測試的準確性。在測試段中通過鉑熱電阻測定空氣進出口溫度(T1i、T1o),通過電子測風儀測定風洞中風速(v1),通過水柱U型壓差計測定氣體側壓力降(ΔP1)。測試段之后連接風機,將經過換熱器換熱過的空氣排到外界大氣中。     液體測,液體側流體為乙二醇,乙二醇盛裝在儲槽內,儲槽外部有電加熱器加熱,以保證液體側入口溫度的穩定。以泵作為動力源,使乙二醇在換熱器中循環,通過閥門控制液體側流量,用轉子流量計測量液體側流量/速(v2)。在換熱器進出口處用玻璃溫度計來測定液體側進出口溫度(T2i、T2o),通過水銀U型壓差計測定液體側壓力降(ΔP2)。     3·試驗方法     首先分別固定液體側流量(v2)在3個不同點,通過調節氣體側流量由小到大,得到3條傳熱性能曲線。     固定液體側流量為0.25 m/s,調節風速,測出氣體側阻力特性曲線。固定空氣側流速為10 m/s,調節液體側流量,測出液體側阻力特性曲線。     4·數據處理方法與處理結果     4.1數據處理     由空氣側進出口溫度T1i、T1o求出空氣側平均溫度T1m(℃)     T1m(T1i+T1o)/2     由液體側進出口溫度T2i、T2o求出液體側平均溫度T2m(℃)     T2m(T2i+T2o)/2     由T1m、T2m分別查出氣液參數如下:     空氣參數:密度ρ1 kg/m3,     比熱容Cp1 kJ/kg·K,     乙二醇參數:密度ρ2 kg/m3,     比熱容Cp2 kJ/kg·K,     由所查數據得到氣液側質量流量分別為:kg/s     M1 v1×A1×ρ1     M2 v2×A2×ρ2     A1為空氣測試段橫截面積     A2為乙二醇測試段管子橫截面積     分別求出空氣側與乙二醇側傳熱量:J     Q1 Cp1×M1×(T1o-T1i)     Q2 Cp2×M2×(T2i-T2o)     平均傳熱量Q(Q1+Q2)/2     熱平衡誤差E(Q1-Q2)/Q×100%(測試中控制每個測試點熱平衡誤差不超過5%。)     求取傳熱算術平均溫差ΔT(℃)     ΔT1 T1o-T1i     ΔT2 T2i-T2o     ΔT(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)     總傳熱系數K Q/A/ΔT×1000 W/m2·KA為換熱器的計算傳熱面積     4.2數據處理結果     4.2.1波紋型鋁制板翅式換熱器3個不同液側流速下的傳熱系數曲線如下圖3                   4.2.2矩齒形1鋁制板翅式換熱器3個不同液側流速下的傳熱系數曲線如下圖4                   4.2.3矩齒形2鋁制板翅式換熱器3個不同液側流速下的傳熱系數曲線如下圖5                  4.2.4空氣側在不同流速下的壓力降曲線如圖6                 4.2.5乙二醇側在不同流速下的壓力降曲線如圖7                  5·結果分析     通過圖3、圖4、圖5可以看出:①增加液體側流量對換熱器總的傳熱系數K的影響不大;②增加氣體側空氣的流量會明顯提高換熱器總的傳熱系數,但其增幅只有空氣流速的0.6次方左右。③傳熱系數與翅片型式有關,其中波紋型與翅片1型在相同空氣流速下傳熱系數相當,而翅片2型換熱器的傳熱系數要略低一些。     通過圖6、圖7可以看出:流體阻力隨流體流速增大而增大,其增幅接在速度的2次方左右。     參考文獻     [1]周昆穎,陳罕.緊湊換熱器[M].北京:中國石化出版社,1998,8     [2]JB/T 10379-2002《換熱器熱工性能和流體阻力特性通用測定方法》中華人民共和國國家經濟貿易委員會2002年12月     [3]JG/T 21-1999《空氣冷卻器與空氣加熱器性能試驗方法》中華人民共和國建設部1999年6月
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