三分螺旋折流板换热器水-水传热壳侧综合性能

三分螺旋折流板换热器水-水传热壳侧综合性能

董聪;陈亚平;吴嘉峰;操瑞兵;盛艳军;倪明龙

【摘要】对倾斜角为10°、15°和20°的扇形折流板,倾斜角为15°的椭圆折流板和倾斜角为20°的轴向搭接扇形折流板三分螺旋折流板换热器以及弓形折流板换热器的传热特性和压降性能进行了测试试验研究,其中螺旋折流板全部采用分区布管结构,有48根管子,而弓形折流板换热器有49根管子.试验数据分析采用轴向Reynolds数Rez,o作为自变量,壳侧Nusselt数Nu.、轴向Euler数Euz,o等参数作为因变量,并采用Nu./Euz,o量纲1组合数作为综合性能指标.在试验范围内,20°s 方案的综合性能指标最高,比弓形折流板换热器方案平均提高69.8％；倾斜角最小的10°s方案的综合性能低于弓形折流板换热器方案；轴向搭接折流板换热器方案的综合性能低于相同倾斜角外圈连接折流板换热器方案,而椭圆折流板方案的综合性能低于相同倾斜角的扇形折流板方案.%Experimental study was conducted in trisection helical baffle heat exchangers with three sector baffle schemes of tilt angles 10°, 15° and 20°,an ellipse baffle scheme of tilt angle 15°, and an axial overlap sector baffle scheme of tilt angle 20°, in contrast to a segmental baffle heat exchanger. Each helix heat exchanger has 48 tubes with layout of one third division of shell cylinder for each baffle, while the segmental baffle heat exchanger has 49 tubes. The data of the shell side, Nusselt number Nuo , axial Euler number Euz,o, and comprehensive performance indicator Nuo/Euz,o are presented versus the shell side axial Reynolds number Rex,o. The results show that the heat exchanger with the scheme of periphery connected sector baffles with tilt angle of 20° has the best performance, whose average comprehensive performance indicator

Nuo/Euz,o is 69. 8% higher than that of segmental baffle heat exchanger, while the comprehensive performance indicator of the scheme with tilt angle 10° is lower than that of segmental baffle scheme. With the same tilt angle, the performance with the periphery connected connection baffle scheme is better than that with the axial overlap baffle scheme, and the performance with the sector baffle scheme is better than that with the ellipse baffle scheme.

【期刊名称】《化工学报》

【年(卷),期】2012(063)003

【总页数】7页(P721-727)

【关键词】螺旋折流板换热器;三分螺旋折流板;倾斜角;综合性能

【作者】董聪;陈亚平;吴嘉峰;操瑞兵;盛艳军;倪明龙

【作者单位】东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,能源与环境学院,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,能源与环境学院,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,能源与环境学院,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,能源与环境学院,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,能源与环境学院,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,能源与环境学院,江苏南京210096

【正文语种】中文

【中图分类】TK124

螺旋折流板换热器由Lutcha等［1］发明，是将换热器壳体圆柱面分为4个象限，在每个象限中都倾斜布置1／4扇形折流板，头尾相接组成壳侧拟螺旋折流通道，具有消除壳程流动死区、降低壳程流动压力损失、有效抑制污垢形成以及抑制管束的振动破坏等特点，近年来受到广泛关注。Stehlik等［2－3］公布了一些概要性的结果，但由于涉及专利内容，提供的数据很有限；Andrews等［4］采用CFD

技术对螺旋折流板换热器流场进行了研究；Master等［5］给出了螺旋折流板换

热器在工业上的应用成果；Jafari等［6］研究了倾斜角对传热性能的影响；Wang等［7］、宋小平等［8］分别进行了螺旋折流板换热器的试验研究；王秋

旺［9］对螺旋折流板换热器的相关研究进行了综述。陈亚平［10］在1／4螺旋

折流板换热器基础上提出了三分螺旋折流板换热器方案，具有适合于正三角形排列布管，零件数量较少，折流板直边上无半个孔问题，因而加工方便等优点。本文在已经完成的油－水试验基础上［11］，对同样的换热器试验件进行了水－水试验。本试验采用东南大学与某换热器制造企业合作搭建的换热器性能试验台。该试验台具有性能试验覆盖面广、测试仪表精度高、技术性能指标先进、工作可靠和自动化程度高、使用操作方便等优点，冷介质为冷风或水，热介质为导热油、压缩空气、乙二醇水溶液和水。本试验采用了其中的水系统，并用冷风系统对试验件后的板翅式换热器进行冷却，流程图如图1所示，图2为水系统的照片。考虑到更换试验

件方便，试验时两侧工质均采用水。

冷却水在试验件中被加热后再引入一个板翅式换热器内由风洞冷却后进行循环，同时通过风机变频器调节冷风流量来控制冷却水进口温度。

质量流量计采用美国高准公司生产的F100型（精度0．15%）；温控测点均采用上海自动化仪表三厂PT100A级铂电阻，按四线制连接（误差为±0．15℃）；压差信号采用美国罗斯蒙特公司生产的3051S型差压变送器（精度0．075%）；

采用美国安捷伦公司的34970A数据采集仪；用美国NI公司的LabVIEW软件平