哈雷釬焊板式換熱器
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                  管殼式換熱器管程強化傳熱技術的研究進展

                  點擊:2076 日期:[ 2014-04-27 11:45:29 ]
                  殼式換熱器在化工、石油、動力、冶金、制冷、原子能、造船、食品、醫藥等工業部門中有著廣泛的應用。據統計,在現代石油化工生產中,換熱器的投資約占設備總投資的3O% 一40% 。20世紀7O年代的全球化能源危機,促進了世界上各主要工業國對強化換熱的研究、開發和應用。近4J0年來,國內外對強化傳熱進行的研究取得了豐碩的成果,目前已有的強化傳熱技術不下百余種。強化傳熱主要有兩種途徑:(1)增大傳熱面積,但換熱器的傳熱面積不可能無限制地增大,否則投資費用會大大增加,并且隨著工業化的進展,設備要緊湊化;(2)提高傳熱系數,主要從管程和殼程傳熱強化系數的提高方面上考慮。許多科研工作者已經在這一方面上進行了大量的研究,并且取得了很大的成效。本文主要討論了管殼式換熱器管程的強化傳熱一改變管子外形或在管內加入插入物,介紹了螺旋槽管、橫紋管、螺旋扁管、管內插人物、翅片管和三維內肋管等多種強化傳熱管的研究進展。l 不同種類的強化傳熱管1.1 螺旋槽管 螺旋槽管是一種管壁上具有外凸和內凸的異形管,管壁上的螺旋槽能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內外的傳熱系數,起到雙邊強化的作用。根據在光管表面加工螺旋槽的類型螺旋槽管有單頭和多頭之分,其主要結構參數有槽深e-,槽距P和槽旋角口。早期進行螺旋槽管研究的主要有美國、英國、13本,從1970年至1980年間進行了大量的研究。我國對螺旋槽管的實驗研究起步也是較早的,華南理工大學、北京理工大學和重慶大學也對螺旋槽管進行試驗研究,而且都取得顯著的成效。螺旋槽管之所以能強化傳熱,Withers和Newson等均認為是螺旋槽使冷凝液膜產生附加的表面張力場,使平均冷凝液膜減薄,減少了冷凝傳熱熱阻所致。研究還表明單頭螺旋槽管比多頭螺旋槽管的性能好。目前,無論是從傳熱、流阻、阻垢性能,還是從無相變對流換熱和有相變凝結換熱,對螺旋槽管的強化傳熱研究從理論到實際已達到較高水平。1.2 橫紋管1974年前蘇聯首先提出橫紋管,它是一種用普通圓管作毛胚,在管外壁經簡單滾軋出與軸線垂直的凹槽,同時在管內形成一圈突起的環肋。橫紋管主要用來強化管內單相流體的傳熱。橫紋管在我國研究較少,只有華南理工大學對此進行了試驗研究。研究發現,在相同流速下,橫紋管流阻比單頭螺旋槽管的小。沈陽化工學院與遼寧冷熱設備制造公司對橫槽紋管進行了開發研制,從而使橫槽紋管與螺旋槽管換熱器的應用得到同步發展。1.3 螺旋扁管螺旋扁管是瑞士Allares公司首先提出、美國Brown公司經過改進的一種換熱管。由于管子的獨特結構,流體在管內處于螺旋流動,促使湍流程度。經實驗研究表明螺旋扁管管內膜傳熱系數通常比普通圓管大幅度提高,在低雷諾數時最為明顯,達2—3倍;隨著雷諾數的增大,通常也可提高傳熱系數5O%以上。1.4 管內插入物國外從1896年就開始研究和應用管內插入物的強化傳熱。管內插入物有:環式、拉希格圖、盤式、螺旋線圈、螺旋帶、螺旋片、扭帶、靜態混合器和徑向混合器等。在無功強化傳熱技術中管內安裝插入物的強化傳熱技術有顯著的特點:不改變傳熱面形狀;插人物加工簡單,特別適合于現有設備改造,不需要更換原有管殼式換熱器。因此,管內插入物強化傳熱技術在老廠挖潛改造中得到廣泛的應用。長嶺煉油化工廠采用在線清洗技術,選用兩臺換熱器進行對比試驗,得出結論:加有彈簧插入物的換熱器比普通光管總傳熱系數提高32.8%。在不同流量下測試,壓降比光管換熱器增加0.5% 1.3%。1.5 內翅片管1971年美國首先提出內翅片管。用于強化管內單相流體的傳熱。并于2O世紀9O年代又開發出一種高效強化管內相變傳熱的內螺旋翅片管。日本、前蘇聯等國也進行大量的研究工作。2O世紀80年代初,日立電纜有限公司研究表明,采用左右錯式的螺旋內翅片管強化單相流體的傳熱可使管內傳熱系數提高到光管的2.8倍左右。1.6 三維內肋管三維內肋管是一種新型的強化換熱管件,通過專用的工具,經過一定的方法對普通圓管內壁加工而成的高效強化傳熱元件。流體在管內受到三維肋的作用而使其熱邊界層的厚度減薄,從而提高對流傳熱膜系數。對于空氣的管內換熱,三維內肋管最高可達相同工況下光管換熱的5.8倍,而對高Pr數的流體,其強化換熱倍數可達更高值。就管內的凝結換熱和沸騰換熱而言,其換熱倍數也分別是相同工況下光管同類換熱的3~5倍和2—5倍。2 結語強化傳熱技術的進步和推廣,不但能節約大量的能源,而且能大大減少設備的重量和體積,減低金屬消耗量,是當前增產節能向深度發展的重要一環。
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