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湖北化工機械管殼式換熱器的強化傳熱技術(shù)

發(fā)布時間:2019-01-19

改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內(nèi)設(shè)置各種形狀的插入物。改變傳熱面的形狀有多種,其中用于強化管程傳熱的有:螺旋槽紋管、橫紋管、螺紋管、縮放管、旋流管和螺旋扁管等。另外,也可采用擾流元件,在管內(nèi)裝入麻花鐵,螺旋圈或金屬絲片等填加物,亦可增強湍動,且有破壞層流底層的作用。

  管殼式換熱器的傳熱強化研究包括管程和殼程兩側(cè)的傳熱強化研究。通過強化傳熱管元件與優(yōu)化殼程結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。

  改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內(nèi)設(shè)置各種形狀的插入物。改變傳熱面的形狀有多種,其中用于強化管程傳熱的有:螺旋槽紋管、橫紋管、螺紋管、縮放管、旋流管和螺旋扁管等。另外,也可采用擾流元件,在管內(nèi)裝入麻花鐵,螺旋圈或金屬絲片等填加物,亦可增強湍動,且有破壞層流底層的作用。

  螺旋槽紋管管壁是由光管擠壓而成。其管內(nèi)傳熱強化主要:一是螺旋槽近壁處流動的限制作用,使管內(nèi)流體做整體螺旋運動來產(chǎn)生局部二次流動;二是螺旋槽所導(dǎo)致的形體阻力,產(chǎn)生逆向壓力梯度使邊界層分離。螺旋槽紋管具有雙面強化傳熱的作用,適用于對流、沸騰和冷凝等工況,抗污垢性能高于光管,傳熱性能較光管提高2~4倍。

  橫紋管的強化機理為:

  當(dāng)管內(nèi)流體流經(jīng)橫向環(huán)肋時,管壁附近形成軸向游渦,增加了邊界層的擾動,使邊界層分離,有利于熱量的傳遞。當(dāng)游渦將要消失時流體又經(jīng)過下一個橫向環(huán)肋,因此不斷產(chǎn)生渦流,保持了穩(wěn)定的強化作用。

  換熱管表面的竹節(jié)狀結(jié)構(gòu),使管內(nèi)介質(zhì)流動時,產(chǎn)生收縮和放大效應(yīng),使介質(zhì)湍動程度增加,提高了管內(nèi)介質(zhì)的熱交換能力,而且管內(nèi)靠近管壁的介質(zhì)沿管的軸向流動時,其方向和速度在波節(jié)處產(chǎn)生突變,形成局部湍流,使管壁處流體的滯留底層減薄,熱阻降/低,也使管外介質(zhì)的傳熱能力提高。

  4、低螺紋翅片管

  普通換熱管經(jīng)軋制在其外表面形成螺紋翅片的一種高 效換熱管型。其強化作用是在管外。對介質(zhì)的強化作用一方面體現(xiàn)在螺紋翅片增加了換熱面積;另一方面是由于殼程介質(zhì)流經(jīng)螺紋管表面時,表面螺紋翅片對層流邊層產(chǎn)生分割作用,減薄了邊界層的厚度。

  當(dāng)用于蒸發(fā)時,可以增加單位表面上氣泡形成的數(shù)量,提高沸騰傳熱能力;

  當(dāng)用于冷凝時,螺紋翅片十 分有利于管下端冷凝液的滴落,使液膜減薄,熱阻減少,提高冷凝傳熱效率。

  5、螺旋扁管

  螺旋扁管(Twisted tube)換熱器是由美國Brown公司推出的。螺旋扁管的結(jié)構(gòu)特點是管子的任一截面均為一長圓。

  螺旋扁管的強化機理:由于管子的獨特結(jié)構(gòu),使管程與殼程同時處于螺旋流動,促進了湍流程度。此換熱器比常規(guī)換熱器總傳熱系數(shù)高40%,而壓力降則幾乎相等。此換熱器可用于氣—氣、液—液以及氣—液換熱過程。

  6、菱形翅片管

  菱形翅片管為帶有周向非連續(xù)三維翅片的高 效傳熱管,其傳熱強化性能優(yōu)于帶周向連續(xù)翅片的螺紋翅片管。當(dāng)用于冷凝強化傳熱時,由于其三維翅片的特殊結(jié)構(gòu)造成翅片表面液膜的表面張力分布不均(根部大,頂部小),液膜被拉向根部,使三維翅片表面的液膜厚度大幅度的減薄,熱阻減小,使汽態(tài)介質(zhì)和管外壁的換熱能力增強,從而提高換熱效 果7、波紋管

  波紋管是以普通光滑換熱管為基管,采用無切削滾扎工藝使管內(nèi)外表面金屬塑性變形而成,雙側(cè)帶有波紋的管型。

  波紋管管內(nèi)被擠出凸肋,從而改變了管內(nèi)壁滯流層的流動狀態(tài),減少了流體傳熱熱阻,增強了傳熱效 果。

  8、表面多孔管(燒結(jié)、熱噴涂、電鍍等)

  采用含有造孔劑的金屬粉末,在普通光管的表面制備一層多孔涂層。該涂層在沸騰傳熱時,涂層中的大量微孔變成為汽泡形成的核心,由于微孔內(nèi)的汽泡處于四周受熱狀態(tài),氣泡核迅速膨大充滿內(nèi)腔,持續(xù)受熱使氣泡內(nèi)壓力快速增大,促使氣泡從管表面細縫中急速噴出。氣泡噴出時帶有較大的沖刷力量,并產(chǎn)生一定的局部負壓,使周圍較低溫度液體涌入微孔內(nèi),形成持續(xù)不斷的沸騰。

  T形翅片管是由光管經(jīng)過滾軋加工成型的一種高 效換熱管。其結(jié)構(gòu)特點是在管外表面形成一系列螺旋環(huán)狀T形隧道。管外介質(zhì)受熱時在隧道中形成一系列的氣泡核,由于在隧道腔內(nèi)處于四周受熱狀態(tài),氣泡核迅速膨大充滿內(nèi)腔,持續(xù)受熱使氣泡內(nèi)壓力快速增大,促使氣泡從管表面細縫中急速噴出。氣泡噴出時帶有較大的沖刷力量,并產(chǎn)生一定的局部負壓,使周圍較低溫度液體涌入T形隧道,形成持續(xù)不斷的沸騰。

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