新型螺旋盘管换热器的流动和传热性能研究.pdf

第51卷第3期 化工设备与管道 、，01．51No．3 PROCESS Jun．2014 2014年6月 EQUIPMENTPIPING 新型螺旋盘管换热器的流动及传热性能研究 刘重裕，秦红，董丹 (广东工业大学材料与能源学院，广州510006) 摘要一种新型的高换热效率的螺旋盘管换热器。将该新型换热器与普通的管壳式螺旋盘管换热器进行 理论分析对比，该新型换热器具有以下主要三个方面优势：可轻松拆卸，定期清除管外壁上的污垢；能 有效提高管外侧的对流换热系数；有效减少了管壳体本身的蓄热耗能。通过理论分析计算，比较了设计 新型螺旋盘管换热器的性能优劣；并进行了实验研究，在实验中，通过对比实验发现新型螺旋盘管换热 器管外侧水流速是普通螺旋盘管换热器的2．3倍，管外侧对流表面换热系数是普通螺旋盘管换热器的1．69 倍。验证了新型螺旋盘管换热器能够有效提高换热能力，为螺旋盘管换热器的结构设计、性能优化提供 有益的理论和实践依据。 关键词螺旋盘管；流动特性；传热；换热器 051．5；THl22文献标识码：A 中图分类号：TQ 螺旋盘管换热器作为一种特殊的管壳式换热器， 螺旋盘管内的流体在向前流动的过程中，连续 以其结构紧凑、制作方便、传热系数较大，广泛应用 地改变方向，二次环流使流体与管壁间的换热强化， 于石油化工、低温工程、电力机械等众多领域。当空 在湍流运动时，二次回流的强化作用很有限。雷诺数 间受到限制不足以放置直管换热器或者管内流体要 越大，二次环流对强化换热的贡献越小。表面传热系 求压降小时，螺旋盘管有其独特的结构、流动优势【1】， 数在管圆截面上的分布不均匀，外侧表面传热系数可 尤其是管内流体介质处于层流流动状态或较低流动 达到最内侧的3~4倍，最内侧表面传热系数是平均 速率时，极具换热性能优势。因此对其进行结构及传 传热系数的0．5倍H】。但当流体做层流运动时，层流 热研究有极大的现实意义。 换热，它不仅依靠流体的径向热扩散，还依赖于径向 19世纪20年代，Dean【2’31首次建立了螺旋盘管 的二次环流，二次环流将极大地增强流体在层流运动 时的混合，加强了扰动，有效地增强了换热。 中层流流动的理论。K．N．Murty研究了螺旋盘管的最 佳传热性能。国内对该领域的研究不多，西安交通 传统螺旋盘管换热器结构上存在不可拆卸，除 大学白博峰州等研究了卧式螺旋管内流动传热问题。 垢困难；壳程通流面积过大，流速过低，甚至流体 上海机械学院夏雅君[51对螺旋盘管中强制对流换热 静止等缺点。严重影响了换热器的换热效果。为 进行了研究，综述了国外在该领域的研究情况及螺旋 此在本论文中设计了一种新型的高效螺旋盘管换热 盘管中作湍流流动时的换热关联式。周云龙等№1从 器，外壳可拆卸，能清除管外污垢，减小换热热阻； 实际工程设计出发，对多头螺旋管式换热器的设计进 能够减小管外换热有效通流面积，提高管外流体流 行了研究，提出了多头螺旋管束受热面结构的设计方 速，从而强化换热；换热器中采用圆柱空筒填充能 法。张琳等p1进行了换热器自转螺旋扭带自动阻垢 够减小蓄热能耗。 技术的应用研究。流体在螺旋盘管内流动，由于受到 收稿日期：2013-12．31 离心力的作用，产生了二次环流。二次环流不仅影