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      哈雷釬焊板式換熱器
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      彈性管束換熱器技術背景

      點擊:1792 日期:[ 2014-04-26 22:48:36 ]
       換熱器作為一種不同介質間熱交換的通用工藝設備,應用十分廣泛,其性能的每一份提高都會帶來極其巨大的經濟與社會效益。在世界各國科學家的共同努力下,換熱器及相關技術近20年來迅速發展,幾乎在其研究的各個領域都取得了令人鼓舞的進步。但與此同時,一些長期未能解決的問題更加凸現出來,成為制約換熱器技術進一步發展的決定因素。世界公認急待解決的五個方面的問題,其中最突出的是換熱器內流體誘導振動和傳熱表面積垢。  換熱器內流體誘導振動會導致劇烈的噪聲與傳熱元件損壞。本世紀60年代開始對誘導振動的機理和防止振動破壞的方法進行有計劃研究,主要成就是提出了換熱器內可誘導振動的主要因素為漩渦脫落、紊流抖振、流體彈性激振和聲共鳴,并初步歸納了基于這些機理防止振動的準則式,基本方法是依靠增加傳熱元件的強度來防止振動的產生。流體誘導振動研究經過近40年的努力取得了很大的成功,但與換熱器的生產實際相比,人們無疑還要做更多的工作。因為不僅振動產生的噪聲依然十分普遍,振動所致元件損壞亦是換熱器意外事故的主要根源。 傳熱表面積垢造成巨大的能量與資源損失。污垢研究遠早于流體誘導振動的研究,本世紀30年代即提出了污垢系數的概念。80年代以后主要是對污垢形成過程進行理論分析與實驗研究,力圖為換熱設備的設計提供一個通用而又準確的預測模型,其突出貢獻是HTRI和TEMA合作推出的不同介質的污垢熱阻值。污垢研究的成果已經在換熱器設計中有了廣泛的應用,但總是使人感到遺憾的是對防垢、抑垢和除垢的研究一直少有進展,基本上沿用了化學清洗與機械清洗兩種方法,而這兩種方法卻是十分不盡如人意的。 事實上,在換熱器內完全防止振動的產生幾乎是不可能的。因此,致力于增加傳熱元件的強度來防止振動從而避免元件的損壞與噪聲,并不總是有效。振動的本質是能量的不斷聚集與耗散,用有限的振動能使能量不斷耗散,卻有可能避免強烈振動所造成的元件損壞與噪聲?;谶@種思路,彈性管束的研究提出了利用自由振動心目振動破壞與噪聲的新方法。這種方法完全不同于傳統的研究模式,不致力于振動的預防,而是使元件在脈動流的誘導下自由振動,依靠元件本身的振動特性使振幅通過系統阻尼得到有效控制,使得無論是漩渦脫落、紊流抖振還是彈性激振都不能誘發強烈的共振,元件能夠長期安全運行而不致損壞;同時,脈動流誘導下的振動頻率與振幅較低亦不會產生劇烈的噪聲。 將流體誘導振動看作并不僅僅意味著噪聲與元件損壞的一種能量的表達方式,則利用流體誘導振動強化傳熱成為可能。在提高對流換熱系數的同時降低污垢熱阻無疑是在強化傳熱技術中最有誘惑力的,一般強化方法卻很難做到。彈性管束的研究在利用自由振動防止振動破壞的基礎上進而提出了利用流體誘導振動強化傳熱的新方法,其目的是利用流體流動誘導的彈性管束振動在擾動水流提高對流換熱系數的同時,利用振動變形清除傳熱表面積垢,降低污垢熱阻,實現復合強化傳熱。 彈性管束研究的目的在于開發一種利用流體誘導振動復合強化傳熱的換熱設備,技術關鍵是流體誘導振動非破壞機理的研究和基于這種機理的傳熱元件的設計。彈性管束的研究者在前期研究中曾提出了基于非穩定流誘導振動的傳熱元件——浮動盤管,并設計完成了相應的系列換熱設備(已獲山東省科技進步一等獎和國家發明四等獎)。浮動盤管成功地解決了振動破壞與噪聲問題,展示了流體誘導振動非破壞機理的存在。浮動盤管作為一個開端,留下了十分廣闊的研究空間。彈性管束研究正是在這一空間中進而提出了流體誘導振動非破壞機理的有效利用。浮動盤管所基于的非破壞機理對提高傳熱元件對流換熱系數的貢獻還遠遠未能達到應該達到的極至,因此需要研究新的非破壞機理。正如流體誘導振動的破壞機理不是單一的一樣,流體誘導振動的非破壞機理也不是唯一的。探討不同的非破壞機理,尋求可利用途徑,從而使抵達熱技術在更廣闊的思路上得到更多的發展。浮動盤管與彈性管束的區別在于前者的振動是隨流體而動的隨機振動而后者的振動則是對流體產生擾動的固定范圍低頻振動,后者因此在傳熱性能上比前者有顯著提高,亦因此需要更多的理論研究與實驗。 彈性管束系列換熱設備的顯著特征是傳熱迅速、結構靈活、金屬耗量低、節能效果明顯、運行可靠、無噪聲,適用于城市熱網加熱、化工介質冷卻、熱力系統余熱回收、暖通空調、生活熱水供應等領域。 彈性管束系列換熱設備的創新之處在于突破換熱器傳統設計模式,提出了以自由振動防止振動破壞與噪聲并利用振動強化傳熱的新方法。本項研究在基礎性工作及換熱器實踐中均取得較大進展,已經形成了利用流體誘導振動復合強化傳熱方面的重要知識產權。
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