波节管换热器的强化换热分析_高阳
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式中: Ai ) ) ) 加热介质至传热壁的换热系数, W / ( m2 e ) ;
AO ) ) ) 传热壁至被加热介质的换热系数, W / ( m2 e ) ;
D) ) ) 传热壁厚度, m ; K) ) ) 传热壁的导热系数, W/ ( m2 e ) ; RW )) ) 污垢系数, W / ( m2 e ) ; 一般取 RW = 0100012W / ( m2 e ) 。 313 换热系数的计算 换热系数 Ai 可按下式计算:
分析波节管换热器的性能, 可得出如下结论:
411 由于波节管换热器利用自身的能量增大了管 北
内外的换热系数, 降低了污垢系数, 使传热系数 K
得到明显提高。由实验测得:
对于水 ) 水换热器: K = 2000~ 4000W/ ( m2 e ) ; 京
对于汽 ) 水换热器: K = 2500~ 4500W/ ( m2 e ) ;
件即可保证安全运行, 且可延长设备使用寿命。
415 波节管换热器 K 值的提高不是靠提高流速获
得的, 因此管内外的流速都可以控制在较低值, 同时
也改善了流体与边界的摩擦状态, 使流动阻力减小,
降低水泵电耗, 起到节能的作用。
[ 参考文献]
[ 1] 郎逵 . 波节型换热元件的实验研究[ J] . 东北大
关键词: 波节管; 换热器; 强化换热
1 前言 传统管壳式换热器的换热管都是由直壁碳钢
管或不锈钢管所构成, 使用一段时间后, 管壁就会百度文库
出现结垢, 使传热系数降低, 影响设备的传热效率
和使用寿命。当九十年代初波节型强化换热管问世
北 以后, 在传热技术领域中出现了波节管式换热器。
它是在继承传统管壳式换热器诸多优点的基础上,
根据换热器传热量的计算公式: Q = K F $tm 分析可知, 换热器强化换热的途径有三条: 提高 换热器的传热系数 K, 加大换热器的传热面积 F 和 增大对数平均温差 $tm 。 但对于波节管换热器本身来说, 增加换热器的 传热面积和加大对数平均温差都不是强化换热的最 佳途径。因为前者与换热器的结构有关, 如增加换热 器的面积, 将造成设备体积庞大和材料成本增加。而 后者与流体的工况有关, 从热力学的角度分析, 选择 高对数平均温差将导致能耗的大幅度增加。 由传热系数的计算公式( 见本文 3. 2 节) 可以看 出, K 值与管内换热系数 Ai、管外换热系数 Ao 、管内 外的污垢系数 RW 、管壁厚 DW 以及导热系数 KW 有 关。而换热管确定后, DW 、KW 也随之确定, 主要影响 因素集中在 Ai 、Ao 和 RW 上。因此, 提高 Ai 和 Ao , 降低 RW 是提高换热器传热系数 K 的主要途径。 提高流速可以增大 Ai 和 Ao , 但当流速增大到一 定程度时, K 值随流速增加的速度变小, 而换热器 压降增加的速度变大。所以, 提高传热系数不能单纯 依靠提高流速来实现。 降低换热器污垢热阻的方法, 一方面是提高流
换热系数 Ao 可按下式计算:
314 对数平均温差的计算 对于汽 ) 水换热器:
节能技术
式中: t s ) ) ) 相应压力下的饱和蒸汽温度, e 对于水 ) 水换热器:
315 传热面积的计算 换热器的传热面积可按下式计算:
式中: B)) ) 换热器内换热面污染程度的修正
系数, 取 B= 018。
4 结束语
图 1 所示。
图 1 波节型热管结构
流体在波节管内的流动与换热可以分为两部 分来分析。在直管段内, 流体呈等直径流束形式, 由
# 18 # 北京节能 2000 年第 3 期
于直管段的长度很短, 流动流体在管壁附近的层流 边界层尚未形成, 因此传热系数较高。在弧形管段 内, 流体呈变直径流束形式, 流动时在弧形管段的进 口处产生喷射效应, 在出口处产生节流效应, 这两种 效应综合作用的结果, 使管内产生无数细小旋涡和 横向流, 对流体层流边界层和污垢层的形成产生很 强的破坏作用, 致使弧形管段内流体的换热系数得 到明显提高, 这是波节管能强化换热的主要原因。
节能技术
文章编号: 1002- 3704( 2000) 03- 0018- 02 文献标识码: B 中图分类号: T K172
波节管换热器的强化换热分析
高阳
( 东北制药总厂, 辽宁沈阳 110026)
摘 要: 本文分析了波节管的强化换热机理, 介绍了波节管换热器的性能及其基本 计算方法, 为换热器的使用提供了理论参考。
体的流速, 使流体中的杂质不易沉积; 另一方面是 改变流道的形状, 让流体不停地冲刷换热管的壁 面, 使得流体中杂质无法在壁面停留。
由于波节管截面的周期性变化, 管内外流体总 是处在规律性的扰动状态, 使得管内流体的温度、 密度、杂质含量沿径向均匀分布。流体在弧形管段 内释放能量, 在直管段内积累能量, 周期性的能量 积累与释放过程使整个换热管内表面都受到流体 的冲刷, 阻碍污垢层的形成, 从而使换热器的传热 系数得到提高, 起到强化换热的作用。 3 波节管换热器的热工计算 311 传热量的计算
学学报, 1995( 8) .
[ 2] 杨世铭 . 传热学[ M ] . 北京: 人民教育出版社 .
[ 3] 徐开先 . 波纹管类组件的制造及其应用 [ M ] . 北京: 机
械工业出版社, 1998.
北京节能 2000 年第 3 期 # 19 #
412 传热效率的增加使换热器的热利用率得到提
高, 能够实现低温差下的换热。在逆流换热的情况 节
下, 可以使被加热介质的出口温度高于加热介质的
出口温度。
能
413 流体在管内外流动本身具有防止水垢形成的
能力, 使得换热器不易结垢。
414 波节管的每个波节都有吸收热应力的能力, 使
得换热器具有很强的热补偿能力, 不需要热补偿元
波节管换热器的传热量可按下式计算: Q = GC CPC ( toc- tic )
式中: GC ) ) ) 被加热介质的流量, kg / h; CP C )) ) 被加热介质的平均比热, kJ/ kg e ; t oc、t ic )) ) 被加热介质的出口、进口温度, e 。
312 传热系数的计算 换热器的传热系数可按下式计算:
京
对传热元件做出重大改进, 研制出的新型强化换热 设备。波节管换热器具有传热系数高, 换热量大, 不
易结垢等优点, 成为管壳式换热器的更新换代产
节 品。
2 波节管的结构与波节管换热器的强化换热
波节型换热管简称波节管, 它的流道形状是强
能 化传热的关键。波节管的流道是由相互交替变化的
直管段和弧形管段所组成的波节形流道, 其结构如
AO ) ) ) 传热壁至被加热介质的换热系数, W / ( m2 e ) ;
D) ) ) 传热壁厚度, m ; K) ) ) 传热壁的导热系数, W/ ( m2 e ) ; RW )) ) 污垢系数, W / ( m2 e ) ; 一般取 RW = 0100012W / ( m2 e ) 。 313 换热系数的计算 换热系数 Ai 可按下式计算:
分析波节管换热器的性能, 可得出如下结论:
411 由于波节管换热器利用自身的能量增大了管 北
内外的换热系数, 降低了污垢系数, 使传热系数 K
得到明显提高。由实验测得:
对于水 ) 水换热器: K = 2000~ 4000W/ ( m2 e ) ; 京
对于汽 ) 水换热器: K = 2500~ 4500W/ ( m2 e ) ;
件即可保证安全运行, 且可延长设备使用寿命。
415 波节管换热器 K 值的提高不是靠提高流速获
得的, 因此管内外的流速都可以控制在较低值, 同时
也改善了流体与边界的摩擦状态, 使流动阻力减小,
降低水泵电耗, 起到节能的作用。
[ 参考文献]
[ 1] 郎逵 . 波节型换热元件的实验研究[ J] . 东北大
关键词: 波节管; 换热器; 强化换热
1 前言 传统管壳式换热器的换热管都是由直壁碳钢
管或不锈钢管所构成, 使用一段时间后, 管壁就会百度文库
出现结垢, 使传热系数降低, 影响设备的传热效率
和使用寿命。当九十年代初波节型强化换热管问世
北 以后, 在传热技术领域中出现了波节管式换热器。
它是在继承传统管壳式换热器诸多优点的基础上,
根据换热器传热量的计算公式: Q = K F $tm 分析可知, 换热器强化换热的途径有三条: 提高 换热器的传热系数 K, 加大换热器的传热面积 F 和 增大对数平均温差 $tm 。 但对于波节管换热器本身来说, 增加换热器的 传热面积和加大对数平均温差都不是强化换热的最 佳途径。因为前者与换热器的结构有关, 如增加换热 器的面积, 将造成设备体积庞大和材料成本增加。而 后者与流体的工况有关, 从热力学的角度分析, 选择 高对数平均温差将导致能耗的大幅度增加。 由传热系数的计算公式( 见本文 3. 2 节) 可以看 出, K 值与管内换热系数 Ai、管外换热系数 Ao 、管内 外的污垢系数 RW 、管壁厚 DW 以及导热系数 KW 有 关。而换热管确定后, DW 、KW 也随之确定, 主要影响 因素集中在 Ai 、Ao 和 RW 上。因此, 提高 Ai 和 Ao , 降低 RW 是提高换热器传热系数 K 的主要途径。 提高流速可以增大 Ai 和 Ao , 但当流速增大到一 定程度时, K 值随流速增加的速度变小, 而换热器 压降增加的速度变大。所以, 提高传热系数不能单纯 依靠提高流速来实现。 降低换热器污垢热阻的方法, 一方面是提高流
换热系数 Ao 可按下式计算:
314 对数平均温差的计算 对于汽 ) 水换热器:
节能技术
式中: t s ) ) ) 相应压力下的饱和蒸汽温度, e 对于水 ) 水换热器:
315 传热面积的计算 换热器的传热面积可按下式计算:
式中: B)) ) 换热器内换热面污染程度的修正
系数, 取 B= 018。
4 结束语
图 1 所示。
图 1 波节型热管结构
流体在波节管内的流动与换热可以分为两部 分来分析。在直管段内, 流体呈等直径流束形式, 由
# 18 # 北京节能 2000 年第 3 期
于直管段的长度很短, 流动流体在管壁附近的层流 边界层尚未形成, 因此传热系数较高。在弧形管段 内, 流体呈变直径流束形式, 流动时在弧形管段的进 口处产生喷射效应, 在出口处产生节流效应, 这两种 效应综合作用的结果, 使管内产生无数细小旋涡和 横向流, 对流体层流边界层和污垢层的形成产生很 强的破坏作用, 致使弧形管段内流体的换热系数得 到明显提高, 这是波节管能强化换热的主要原因。
节能技术
文章编号: 1002- 3704( 2000) 03- 0018- 02 文献标识码: B 中图分类号: T K172
波节管换热器的强化换热分析
高阳
( 东北制药总厂, 辽宁沈阳 110026)
摘 要: 本文分析了波节管的强化换热机理, 介绍了波节管换热器的性能及其基本 计算方法, 为换热器的使用提供了理论参考。
体的流速, 使流体中的杂质不易沉积; 另一方面是 改变流道的形状, 让流体不停地冲刷换热管的壁 面, 使得流体中杂质无法在壁面停留。
由于波节管截面的周期性变化, 管内外流体总 是处在规律性的扰动状态, 使得管内流体的温度、 密度、杂质含量沿径向均匀分布。流体在弧形管段 内释放能量, 在直管段内积累能量, 周期性的能量 积累与释放过程使整个换热管内表面都受到流体 的冲刷, 阻碍污垢层的形成, 从而使换热器的传热 系数得到提高, 起到强化换热的作用。 3 波节管换热器的热工计算 311 传热量的计算
学学报, 1995( 8) .
[ 2] 杨世铭 . 传热学[ M ] . 北京: 人民教育出版社 .
[ 3] 徐开先 . 波纹管类组件的制造及其应用 [ M ] . 北京: 机
械工业出版社, 1998.
北京节能 2000 年第 3 期 # 19 #
412 传热效率的增加使换热器的热利用率得到提
高, 能够实现低温差下的换热。在逆流换热的情况 节
下, 可以使被加热介质的出口温度高于加热介质的
出口温度。
能
413 流体在管内外流动本身具有防止水垢形成的
能力, 使得换热器不易结垢。
414 波节管的每个波节都有吸收热应力的能力, 使
得换热器具有很强的热补偿能力, 不需要热补偿元
波节管换热器的传热量可按下式计算: Q = GC CPC ( toc- tic )
式中: GC ) ) ) 被加热介质的流量, kg / h; CP C )) ) 被加热介质的平均比热, kJ/ kg e ; t oc、t ic )) ) 被加热介质的出口、进口温度, e 。
312 传热系数的计算 换热器的传热系数可按下式计算:
京
对传热元件做出重大改进, 研制出的新型强化换热 设备。波节管换热器具有传热系数高, 换热量大, 不
易结垢等优点, 成为管壳式换热器的更新换代产
节 品。
2 波节管的结构与波节管换热器的强化换热
波节型换热管简称波节管, 它的流道形状是强
能 化传热的关键。波节管的流道是由相互交替变化的
直管段和弧形管段所组成的波节形流道, 其结构如