第卷第 期化工学报8+∗吻 !∀#年!∃月%&’(∋】∗),+−./而0∗)(1234甸)125(功/176∗堆担7.%)1+2司犯6!∀#凝结换热器采用螺旋槽管的强化传热研究吴慧英帅志明周强泰9上海交通大学工程热物理研究所上海:9;;<=∃9东南大学动力系南京:!∃!<关键词螺旋槽管凝结换热器强化传热引言螺旋槽管具有轧制方便传热系数高川且抗结垢能力强≅?>等优点因而越来越多地应用于石油化工电力等工业部门中纵观螺旋槽管强化传热的研究川发现Β螺旋槽管管内强化传热的研究和应用已趋成熟和完善然而由于实际工作的困难有关螺旋槽管管外凝结换热的研究尚待深人为此本文对螺旋槽管凝结换热器进行了试验研究并将研究成果应用于工业实践中取得了良好的经济效益!螺旋槽管凝结换热器的试验研究将具有相同槽深.节距Χ管径2Δ的=根螺旋槽铜管按品字三角形布置水平安装在管壳式换热器内试验时高温蒸汽经折流板在管外凝结凝结后的凝液由∋型管输出然后由磅秤称量冷却水则由水泵从冷却池中抽出经涡轮流量计后从螺旋槽管内流出再进人却冷却塔冷后经冷却池循环使用试验所用螺旋槽管结构及结构参数分别参见图!和表!肠止∗/! 七”2Α代脚州叮此妞岛+,4Χ7俪勿伪口叫笋囚。山留Ε—Φ岁、记−∗Η】祀+ΦΙΓϑ2杯Κ72:1Γϑ(ΛΓΓΓ二匕Κ :悦!Α:::双一俪!ΕΑ ∃:∃Μ!!∀#%&∋()∗∋∗(),+∀.−(/01∗+2吧∋/∗3∋』犯%%螺旋槽管管内对流换热与阻力特性根据热电偶测得的管外壁温管壁厚度及铜管导热系数可以求得内壁温度进而可求得4),和管内对流换热)45图6为螺旋槽管管内冷却水7∗的关系图中#)为光管的试验值98为光管的&∀3∗(∗一:/∗∋公式计算值光管计算值与试验值之间的相对偏差小于;<表明传热试验结果是可靠的根据图6拟合得到凝结条件下水平螺旋槽管管内对流换热准则关联式=>≅Α≅凡+瓜Α介?Β尸ΧΔ∀Ε+四ΒΦΧ己∀Ε+’仍Β0Ε0卯Α一哄一田收到初稿%ΓΓΗ一肠一Α%收到修改稿联系人及第一作者Ι吴慧英女Γ6岁博士卷第第 期凝结换热器采用螺旋槽管的强化传热研究Γ27鉴∃以Ν<公#上式适用范围Β∃ 鉴Χ∃∃!鉴.Γ27鉴∃∃Ο的相对偏差不超过士!试验表明螺旋槽管管内对流换热强化了管内换热Δ喃凡二9:一<Ν∗护与试验数据3ΦΠ比光管有明显提高这是因为Β9∗<螺旋槽对近壁处流体流动的作用使得管内产生附加的螺旋运动从而减薄了壁面粘性底层的厚度9<螺旋槽管的内壁凸出物使流体边界层分离?分离所产生的涡流结构及流体与壁面重新接触流度的加强定使管内换热得到了强化然而随着管内凡的增加及管内流体自身紊螺旋槽管对管内换热的强化作用愈来愈不明显且当Χ一定.越大或.一Χ越小时管内强化换热的效果越好其中尤以参数.净为!Γ!∃的为最好一‘年一余翔气一叫卜一‘‘一,Ε一,一一泛之一。Θ!∃Θ!∃7Σ:ΡΤΦ344/∗1出司阮ΥΘ/ς1+∗42Δ1也3∗犯671472/Τ吐犯4ΡΣ7=+671Τ+胶ΤΡ07Υ/ΘΕς1+∗42Δ13,Ω。川犯671/724∃Γ!Μ!!!玩Ψ:4.印ΒΑΩ!Γ!∃Δ△∃ΔΝ Γ!∃+口∗八ΜΔΕΕ一.Γ尸Α!Γ!∃Δ。∃ Γ!∃Δ口∗Γ!ΜΕ一ΔΝ∗ΓΔΑ∃ΜΓ!∗Γ<9:Δ3ΣΔ∋Ξ&即Δ∋Ξ3为光管试验值图=为螺旋槽管管内流动阻力系数,和管内冷却水凡的关系其中Σ∋Ξ,+4∗)为Ζ174公式计算值光管计算值与试验值之间的相对偏差小于∀Ο表明阻力试验结果是可靠的根据图=拟合得到螺旋槽管管内阻力系数计算式[:!危+,Γ9人:己7<+9尸Γ27<∃∃,9∃+∃!鉴.Γ2、鉴∃:∃∃ ∃ 毛夕Γ2、9+#:#<9:<,[Μ:凡+’ϑ7’尸Γ9、Γ、<能927<‘,9.Γ2、二∃哪 土簇,Γ2,蕊∃!<与试验数据的相对偏差不超过式9:<和式9=<的适用范围同式9∃Ο!∃∀<9=<ΧΒ试验结果表明在相同管内雷诺数下螺旋槽管管内流动阻力较光管有明显增加且当一定.越大或.一定Χ越小时阻力损失越大与管内对流换热相类似.ΓΛ为!Γ6+的螺旋槽管管内阻力系数,也增加得最多由终可见管内换热的强化是以阻力的增加为代价的!:螺旋槽管管外凝结换热特性根据翅化面膜状凝结换热理论川当蒸汽在螺旋槽管管外凝结时[根据表面张力定律在槽顶和槽谷之间就会产生一个压差面的曲率半径仰Γ9∗)6!Ω!Γ6:<其中6∗和6Β分别为凸表面和凹表于是凝液就在△Χ的推动下由凸表面处被拉向螺旋凹槽内积聚在槽内的凝液借重力作用加快下滴虽然槽内液膜厚度有所增加但由于占表面面积份额较大一部分的凝结换热凸表面的液膜厚度的减小使得沿整个螺旋槽管凝结换热侧的液膜厚度有所减小化工学6Β报!∀#∃月年!系数有所提高化效果越明显△Τ当Χ越小.越大6∗和就越小由表面张力产生的压差仰越大强图为从传热系数∴中提取得到的管外凝结换热的关系3数和饱和蒸汽温度与管外壁温之差ΦΒ图中3Σ表示光管试验值及其拟合线试验表明△Τ一定螺旋槽管管外凝结换热3Φ比光管有明显提高且随着△Τ的增加Β管外液膜的增厚.螺旋槽管和光管的Χ3Φ都有不同程度的下降试验还表明当Χ一定越大或当.一定越小时螺旋槽管强化管外凝结换热的效果越显著外蒸汽凝结换热准则方程这与理论分析是一致的根据试验数据拟合得到螺旋槽管管+0[∃卯#此=:及%+”,乃: 刀9命Γ?护<’仍#9.Γ7∃‘ <#9夕Γ27<∃‘:9<士<的适用范围同式9∗式9<且当Θ/二! ∃一=∃时与试验数据的相对偏差不超过 =:∃Ο:尸一限阱队Φ。!遭伽犷9!夕∃!;Γ%△∋Χ℃ΚΑ7%?∀#!+./0Μ+.3∗.4)−−∗0∋−∋.山川犯(口0Χ%ΑΠΝ−△∋凡ΓΚΦ:∋∀Ι∗..Σ/Ο31/+.而0∗3Τ(.2/Σ∗ΦΧΟΙ∃%Χ%?ΘΠ△?ΚΚΧ%?ΠΠ0Ν/∗Φ)/+Υ.,+−∀%Χ%?Θ0/(△?1∗+2(0Χ#/∋∗00∋)0芜−ΠΧ%ΑΠΛ0Χ?6ΥΧ∃ΠΚΚΧ%?Λ口%Χ%ΑΠΡ即Χ%ΑΠς6%≅螺旋槽管热力性能评价−ΞΨ提出的方法−本文采用Ω∗心∗。即相同泵功和相同换热面积条件下螺旋槽管与光管的换热量之比ΖΧ口对螺旋槽管强化传热的热力性能进行评价图可见Ι相同泵功和换热面积条件下量大Π图Κ为热力性能评价结果由节距和槽深较小的管子比节距和槽深较大的管子传热且低雷诺数下的换热性能要比高雷诺数下的好在绝大部分试验雷诺数范围内螺旋槽管比光管具有较高的热力性能6螺旋槽管凝结换热器的工业应用在上述螺旋槽管热力性能评价的基础上设计了节距与槽深均较小相对参数Φ净二?扩共的螺旋槽管将其安装在某厂的蒸汽凝结换热器上该换热器总换热面积为%%有按叉排分布尺寸为]Υ/中%ΑΛ0Λ[望刃⊥#一Η一66ΚΚ%Ε℃冷却水流量为;%Γ蒸汽温度为Β6%≅Ε℃进水温度为ΒΗΑ;ΗΗ−”时螺旋槽管凝结换热器的传热系数冷却水温升总阻力损失分别比光管凝结换热器∴的换热管Α≅;根当过热蒸汽压力为Β?≅%Κ∴?≅6?Ε增加;%<≅6℃和;6<ΑΧΖ且其热力性能指标口Κ高达%6这表明螺旋槽管第卷第 期凝结换热器采用螺旋槽管的强化传热研究:Μ夕换热器比光管换热器具有更好的热经济性=结论9∗<螺旋槽管对管内单相流体对流换热和管外燕汽凝结换热均有明显的强化作用但强化机理有所不同在试验参数范围内分别得到水平螺旋槽管管内对流换热阻力损失和管外凝结换热计算公式9∗<热量大:<Γ9=<和9<9:<在相同泵功和换热面积条件下9节距和槽深较小的管子比节距和槽深较大的管子传且低雷诺数下的换热性能要比高雷诺数下的好.今[9<=∃的螺旋槽管应用于工业凝结换热器上的运行结果表明螺旋槽管凝结换热∃器比相同运行参数下的光管凝结换热器具有较高的热经济性符号说明、∗6肠2一定压比热容—管内径72—管外径ΚΚ4/阻力系数户今凝结准则(−+]]百二“(9蕊<%’公二:、!乃一一,际毗卜数一振%。9Τ,一Β、<Α%吨℃’几4一一ΒΗΤ—螺旋槽管管外凹表面曲率半径—槽顶至槽谷的表面弧线距离—ΕΕ管外壁温度℃卒螺旋槽管管外凸表面曲率半径ϑϑϑ—重力速加度—槽深Κ—传热系数_—管长—数3Φ/4—3乃数—”凝‘数‘”,一Κ赞节距Κ—槽顶与槽谷的压差Λ)如—螺旋槽管换热量Π⎯—光管换热量_∃⎯—管内ς1命数及9匹<一‘公⊥晓.。「Ξ)∗7∗+/准则ΙΚ]!巡玉些犷%君∴ϑΑ℃:∗Ιϑ—管内冷却水流速ϑ’—管外蒸汽凝结换热系数_—液膜表面作用系凡凡撇到一。△ΤΕ,饱和蒸汽温度℃饱和蒸汽温度与管外壁温之差℃4‘)ϑΑ℃:Ω‘二!叮Φ∗Τ9∗Γ6Ω∗Γ八
