单相流体在管束中强制对流换热强化
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时其效果并不十分显著。
在流动液体中加入气体或固体颗粒,在气体中喷入液体或 固体颗粒以强化传热是此法的特点。
在流体中添加固体想变材料(PCM),当流体温度升高并
达到相变材料的熔点时即开始融化,添加剂相变材料融化
后的潜热使得传热得以强化
在静止的液体中加入气泡,所发生的现象类似于换热面上
的核态沸腾工况,由于气泡的扰动作用使得换热面上的液 体产生扰动,从而强化传热
顺排
叉排
相对节距直接影响流体在管束中的流动,因为 也必将影响管束的传热工况。
纵向冲刷:流体的流动方向和组成管束的管子轴线平
行 横向冲刷:流体的流动方向和组成管束的管子轴线平 行 mPrn Nu=cRe 在一般工业换热设备实用的 Re数范围内,流体的横向 Nu=(hl)/ λ Re=(vl)/ν 冲刷管束比纵向冲刷换热系数高(特征长度)。 流体纵向冲刷管束时的传热类似于光管管内的情况。 流体横向冲刷管束时的流动和传热工况较复杂,影响 管束换热的因素除了Re和Pr外,还有管束排列方式、 管子节距和沿流动方向上的管排数。
有两种振动法,一种是使换热面振动,一种是使流体 脉动或振动,这两种方法均可强化传热。 换热面的振动
对于自然对流,实验证明,对静止流体中的水平加热圆柱
体振动,当振动强度达到临界值时,可以强化自然对流换 热系数(未达到前换热系数不变)。实验还证明圆柱体垂 直振动比水平振动效果好。 对于强制对流,许多研究者证明,根据振动强度和振动系 统的不同,换热系数比不振时可增大20%~400%。值得注 意的是,强制对流时换热面的振动有时会造成局部地区的 压力降低到液体的饱和压力,从而有产生汽蚀的危险。
采用机械搅拌法强化容器中的对流换热 采用振动方法强化单相流体对流换热 采用添加剂法强化单相流体对流换热 采用抽压法强化单相流体对流换热 采用复合强化传热方法强化单相流体对流换热
此法主要应用于强化容器中的对流换热。容器中的单 相介质对流换热主要是自然对流,这时换热系数低, 温度分布很不均匀,采用机械搅拌法可以得到很好的 效果。 容器中的介质粘度较低时,通常采用小尺寸的机械搅 拌器。搅拌器的直径d一般为容器直径D的1/4~1/2,搅 拌叶片的高度,从底部算起约为液体总高度H的1/3。 容器中为高粘度介质时,则应用比容器直径略小的低 速螺旋式或锚式搅拌器。在进行搅拌器计算时应区分 容器中的介质是牛顿流体还是非牛顿流体,它们的计 算方法是不同的。
拓展换热面 1. 拓展换热面形式包括螺旋肋片、环形肋片、扇形类 片、钉头肋片、金属丝圈肋片、开缝肋片 2. 应将肋片加载换热系数较低的流体一侧,以得到较 高的传热系数 3. 换热量、污染程度、温度 肋片疏密、高度 在管子外壁面增加人工粗糙度 1. 在管子外壁面上形成某种粗糙凸出物,以增强管外 流动的湍流程度(h增大) 2. 人工粗糙度:沙粒型ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ糙度和螺旋反肋片型粗糙度
利用换热面振动来强化传热,在工程实际应用上有许多困 难,如换热面有一定质量,实现振动很难;且振动还容易 损坏设备,因此另一种方法是使流体振动。
流体的振动
对于自然对流,许多人研究了振动的声场对换热的影响,一般
根据具体条件的不同,当声强超过140分贝使可使换热系数增加
1~3倍。
对于强制对流,由于强制对流换热系数已经很高,采用声振动