（化学工程专业论文）导热油在不同翅片参数花瓣管外螺旋流动的传热强化研究.pdf

摘要 摘要 在化学工业、机械工业、土木工业和船舶、冶金、铝型材及注塑机 械中，由于工艺生产、液压传动或是机械摩擦面润滑的需要，油冷却器 的使用日益广泛，油冷却器的研究越来越受到人们的重视。油冷却器大 体上分为水冷式和空冷式两大类。对于水冷式油冷器来说，从传热的角 度来看，由于油的粘度大，导热系数低、热容小，油冷却器的传热阻力主 要集中在油侧，其热阻约占油冷却器总热阻的8 0 以上。因此，提高油 的传热系数是提高油冷却器传热效能的技术关键。 本文以导热油与水在螺旋隔板单管换热器中进行对流传热为对象， 研究了导热油在具有不同翅片参数的5 根花瓣管外螺旋流动的传热和流 阻性能，并以光滑管作为实验对比。通过威尔逊分离方法分别得出了螺 旋隔板光滑管单管换热器和螺旋隔板花瓣管单管换热器的管程传热系 数，结合总传热系数分别计算出了其各自的壳程传热系数，同时还直接 测量出各换热器壳程进出口的压力。实验结果表明，花瓣管的结构参数 对传热性能具有明显的影响。在相同翅间距下，随着翅片高的增加，换 热性能逐渐增强：相对于翅片高来说，翅间距的大小则对传热系数影响 较小，但存在最佳值。实验条件下得出花瓣管的最佳翅片参数：翅片高为 1 5 m m 、翅片间距为1 0 m m 。在相同的r e 值下，性能最好的螺旋隔板花 瓣管单管换热器壳程的传热准数n u 是螺旋隔板光滑管单管换热器的2 3 倍，总传热系数是螺旋隔板光滑管单管换热器的2 1 2 5 倍，压降是螺 旋隔板光滑管单管换热器的1 3 1 4 倍，传热流阻性能比是螺旋隔板光 滑管单管换热器的1 5 1 9 倍，证明花瓣管与螺旋隔板搭配构成的换热 器具有良好的传热与压降性能。另外，实验误差分析表明，总传热系数 误差小于1 3 4 ，壳程的传热系数误差小于2 6 ，流动阻力系数的误差 小于7 6 。 对螺旋隔板花瓣管单管换热器的强化传热机理进行分析得出：一、 壳侧流体的流速分布均匀，流动返混和流动死区少，使得换热器的换热 效率高；二、流体在螺旋流道内的非正交绕流及径向的非均匀绕流加速 了传热管表面传热边界层的分离，强化了管外传热系数；三、花瓣管有 效扩展了换热面积，增加了流体的湍流度，进一步强化了传热性能。 由于螺旋隔板换热器具有十分优越的强化传热性能，文中还对螺旋 隔板花瓣管换热器的传热数学模型进行了推导，并将模型的计算值与实 验数据进行对比，比较结果发现，它们之间的平均偏差为10 3 。 关键词：油冷却器螺旋隔板花瓣管强化传热 华南理工大学硕士学何论文 a b s t r a c t i nc h e m i c a l i n d u s t r y ，m e c h a n i c a li n d u s t r y ，c o n s t r u c t i o ni n d u s t r y a n d m e t a l l u r g yi n d u s t r y ，b e c a u s e o ft h en e e do ft e c h n o l o g i c a l p r o d u c t i o n ， h y d r a u l i cd r i v ea n dm e c h a n i c a ll u b r i c a t i n g ，t h e o i lc o o l e ri s w i d e l yu s e d o i lc o o l e rh a st w ok i n d s0 fd i f f e r e n t t y p e s ：w a t e r c o o l i n gc o o l e ra n d a i r c o o l i n gc o o l e r fr o mt h ev i e wo fh e a tt r a ns f e r ，b e c a u s eo i li so nek i n do f h i g hv is c o s i t y ，l o wt h e r m a lc o n d u c t i v i t ya n dc a p a c i t yh e a tt r a n s f e rf l u i d s ， f o ro i l t o w a t e rh e a t t r a n s f e ri ns h e l l a n d t u b eh e a te x c h a n g e r ，t h eh e a t t r a n s f e rr e s i s t a n c eo fo i li nt h es h e l ls i d ei sa b o v e8 0 o ft h et o t a lh e a t t r a n s f e rr e s i s t a n c eo ft h eh e a te x c h a n g e r ，s h e l ls i d eh e a tt r a n s f e rr e s i s t a n c e i sc o n t r o l l i n g ，i ti so n ek e yt e c h n o l o g yt oe n h a n c et h eo i lh e a t t r a n s f e ri n s h e l ls i d e f o ri n c r e a s i n gt h eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n to fo i lc o o l e r i nt h i sp a p e r ，o i la n dw a t e ra r es e l e c t e da st h eh e a tt r a n s f e rf l u i d s ，o i lf l o w s i ns h e l ls i d ea n dw a t e rf l o w si nt u b es i d eo fh e l i c a lb a f f l e ss i n g l e t u b eh e a t e x c h a n g e r ，t h e h e a t t r a n s f e ra n d f l o wr e s i s t a n c e p e r f o r m a n c eo ff i v e p e t a l s h a p e d f i nt u b e sw i t hd i f f e r e n tf i n p a r a m e t e r s h a v eb e e n e x p e r i m e n t a l l ys t u d i e d ，a n do n es m o o t ht u b ei ss e l e c t e da st h ee x p e r i m e n t a l c o m p a r i s o n t h et u b e s i d e h e a t t r a n s f e rc o e f f i c i e n t so fh e l i c a lb a f f l e s s i n g l e t u b ee x c h a n g e r sc a nb eo b t a i n e db yt h ew i l s o np l o tm e t h o d ，a n d s h e l l s i d eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t sc a nb e c a l c u l a t e d b yt h e t o t a lh e a t t r a n s f e rt o e f f i e i e n t s t h es h e l l s i d e p r e ss u r e iso b t a i n e d b y d i r e c t m e a s u r e m e n tm e t h o d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a t t h es t r u c t u r e p a r a m e t e r so fp e t a l s h a p e df i nt u b e sc a no b v i o u s l ya f f e c tt h eh e a tt r a n s f e r p e r f o r m a n c e so fh e a te x c h a n g e r s a tt h es a m ef i ns p a c e ，t h eh i g h e rt h ef i n ， t h e b e t t e rt h eh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c e c o m p a r et ot h ef i nh e i g h t ，t h ef i n s p a c ei sl e s se f f e c to nh e a tt r a n s f e re n h a n c e m e n ta n dh a sa no p t i m i z a t i o n v a l u e a tt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n t h eb e s ts t r u c t u r e p a r a m e t e r so f p e t a l s h a p e df i nt u b ea r e1 5 m mf i nh e i g h ta n d1 0 m mf i ns p a c e a tt h e s a m er e ，s h e l l s i d en uo fh e l i c a lb a f f l e sp e t a l - s h a p e df i nt u b ee x c h a n g e r w i t ho p t i m i z a t i o np a r a m e t e r si sa b o u t2 - 3t i m e sa sl a r g ea st h a to fh e l i c a l b a f i l e ss m o o t ht u b ee x c h a n g e r t o t a lh e a t t r a n s f e rc o e f f i c i e n ti sa b o u t 2 1 - 2 5t i m e sa sl a r g ea st h a to fh e l i c a lb a f f l e ss m o o t ht u b ee x c h a n g e r ，a n d p r e s s u r ed r o p i s o n l ya b o u t 1 3 - 1 4 t i m e s ，t h e r a t i oo fh e a tt r a n s f e r l t a b s t r a c t c o e f f i c i e n tt op r e s s u r ed r o pisa b o u t1 5 - 1 9t i m e sa sl a r g ea st h a to fh e l i c a l b a f f l e ss m o o t ht u b ee x c h a n g e r i tc a nb ep r o v e dt h a t t h ec o m b i n a t i o no f h e l i c a lb a f f l e sw i t hp e t a l s h a p e df i nt u b eh a sg o o dh e a t t r a n s f e ra n df l o w r e s i s t a n c e p e r f o r m a n c e t h ee x p e r i m e n t a l e r r o r a n a l y s i ss h o w e d ，t h e e x p e r i m e n t a le r r o r0 ft o t a lh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t s h e l l 一s i d eh e a tt r a n s f e r c o e f f i c i e n ta n df l o wr e s i s t a n c ea r e1 e s st h a n1 3 4 2 6 a n d7 6 ， r e s p e c t i v e l y t h em e c h a n is mo fh e a tt r a n s f e re n h a n c e m e n to nh e l i c a lb a f f l e sp e t a l s h a p e d f i nt u b ee x c h a n g e ri s a n a l y z e d f i r s t l y ，t h e h e a t t r a n s f e r e f f i c i e n c y o f e x c h a n g e r i s i m p r o v e db y s y m m e t r i c a l f l o w d i s t r i b u t i o n ，l e s s f l o w r e m i x t u r ea n dl e s ss t a g n a t i o nr e g i o n s e c o n d l y ，t h eb o u n d a r yl a y e ro ft u b e s u r f a c ei sa c c e l e r a t e ds e p a r a t e db yt h en o n o r t h o g o n a lv o r t e xa n dr a d i a l n o n s y m m e t r i c a i v o r t e x t h eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n ti ns h e l l 一s i d e i s i n c r e a s e d t h i r d l y ，t h e r ea r em o r eh e a tt r a n s f e ra r e a0 fp e t a l - s h a p e dt u b e ， t h i sa ls oc a ne n h a n c et h eh e a tt r a n s f e r t h eh e a t t r a n s f e rm a t h e m a t i c a lm o d e lo fp e t a l s h a p e dt u b ee x c h a n g e rw i t h h e l i c a lb a f f l e si sb u i l ti nt h i sp a p e r c o m p a r i n gt h ec a l c u l a t i o nv a l u eo f m a t h e m a t i c a lm o d e lw i t ht h ee x p e r i m e n t a ld a t a ，t h ea v e r a g ed e v i a t i o ni s a b o u t1o 3 k e yw o r d s ：o i lc o o l e r h e l i c a lb a f f l e sh e a te x c h a n g e r p e t a l - s h a p e df i nt u b e h e a tt r a n s f e re n h a n c e m e n t 符号说明 符号说明 壳程油有效流通面积m 2 壳程油定压比热j ( k g 。c ) 管程冷却水定压比热j ( k g 。c ) 传热管坯管外径h 1 传热管内径m 当量直径m 壳程螺旋流道水力直径m 流阻准数 坯管外表面积n 1 2 螺旋隔板的高m 螺旋流道流体截面短边边氏m 花瓣管翅片高m 总传热系数w m 2 k 传热管长度m 螺旋隔板间距1 3 1 努谢尔准数 压力p a 壳程压降p a 普朗特准数 总换热量w 管壁热阻m 2 k w 污垢热阻m 2 k w 螺旋流道润湿周长i n 对数平均温差oc 壳程油流速m s 壳程油体积流量m3 s 管程冷却水体积流量m3 s v 以q q以4以坟【翥fk，i砌p凹n q)只s虬u k k 华南理工大学硕士学位论文 希腊符号： n 壳程油密度k g m 3 岛管程冷却水密度k g m 3 巩管程对流换热系数w m 2 k a 。壳程对流换热系数w m 2 k 下标符号： f管内 f壳程进口 药管程进口 0管外 0壳程出口 2 0管程出口 v i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作 品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：舌卉次 日期：o s - 年g 月，歹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密日。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：专音4 灸 导师签名：蝴 日期：d 厂年g 月，? e t e t 期：斫碑6 月f 产日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 油冷却器的现况及其特点 1 1 1 研究背景和意义 能源是现代人类生存和发展所依赖的重要资源。随着中国经济的蓬勃 发展，对能源的需求越来越大。据国家发展和改革委员会能源局统计， 2 0 03 年，我国能源消费总量为l06 8 亿吨标准煤，能源消费总量已 经位居世界第二，约占世界能源消费总量的l1 ，充足而稳定的能源 成为影响和制约中国经济发展的重要因素。 日前我国面临着常规能源资源缺乏、过分依赖煤炭污染严重、能源 利用效率低等问题。中国人均煤炭、石油、天然气资源量仅为世界平均 水平的6 0 、1o 和5 ，但每吨标准煤的产出效率仅相当于n 本的1 0 3 、 欧盟的1 6 8 、美国的2 8 6 。2 0 0 1 年，中国终端能源用户用在能源消 费的支出为1 2 5 万元，占g d p 总量的比例为13 ，而美国仪为7 。按 现行汇率计算，中国单位资源的产出水平相当于美国的l 1 0 ，日本的1 2 0 ，德国的l 6 。不可再生能源闩益缺乏、能源消费量急剧增长与能 源利用率低下三者的矛盾越来越突出，必然对节能技术提出了更新、更 高的要求。 随着能源问题的日益紧迫以及化学工业、机械工业、土木工业和船 舶、冶会、铝型材及注塑机械的发展，其生产设备中由于工艺生产、液 压传动或是机械摩擦面润滑的需要，油冷却器的使用r 益广泛，油冷却 器的研究越来越受到人们的重视。油冷却器可以使油温下降，从而避免 油质的劣化、机器的过热以及密封的劣化等导致整体机械效率下降的危 害。因此，油冷却器的作用在工业生产中十分重要，而油冷却器的设备 投资及紧凑性己成为衡量设备性能与经济效益的重要指标。 1 1 2 油冷却器的主要形式及其特点 油冷却器的种类很多，大体上分为水冷式和空冷式两大类，如壳管 式、蛇管式、双套管式、板式、翅板式等都属于水冷式换热器。而空冷 华南理1 = 大学硕士学位论文 式也有圆管、扁平管等多种形式。但是，由于管壳式换热器便于操作维 护、结构简单、制造工艺简单及价格便宜、亦便于标准化，故应用最为 广泛。 水冷式管壳式换热器由管板支承的若干冷却管构成管束，内藏在简 体内构成。一般冷却水走管程，油走管外，通过冷却管壁进行热交换， 换热面积从几平方米到几百平方米不等。冷却管材一般选用导热性能良 好、机械强度、耐腐蚀性均佳，且具备可加工性的材料。由于铜管具备 上述四种优良性能，故常用油冷器多采用这种管材。此外，在耐腐蚀性 要求较高的情况下，也可以采用不锈钢、白铜、钛等会属作为管材。 1 1 3 油冷却器的研究重点 从传热的角度来看，水冷管壳式油冷却器的传热阻力在管外壳程，其 热阻约占油冷却器总热阻的8 0 以上，提高管外壳程油的传热系数是提 高油冷却器传热效能的技术关键，故研究的重点应放在提高管外壁换热 面积、增加壳程湍流度、改善管间支承结构等方面，尽可能提高传热效 率、减少阻力损耗，以达到节材、节能的目的。 i 2 强化壳程换热的方法和途径 强化换热器壳程传热的方法包括改变传热管外表面结构和管问支撑 结构。传热管外表面的改变主要是在其外表面上加工出沟槽和翅片。 1 2 1 管外传热强化 外表面有沟槽的传热管主要包括螺旋槽管和横纹管。 ( 1 ) 螺旋槽管( 如图1 一1 ) 由光滑管挤压而成，在管子表面轧出螺旋 槽。流体流经螺旋槽时产生扰动，减薄了管壁表面层流底层的厚度，提 高了对流换热系数，同时螺旋槽能使部分顺壁面轴向流动的流体产生轴 向旋涡而引起边界层分离，使传热热阻减小”。 螺旋槽纹管对管内沸腾及管内外冷凝传热均能起到显著的强化作 用。对于其冷凝的传热强化机理，w i t h e r s 和n e w s o n 等1 45 1 均认为是螺旋槽 使冷凝液膜产生附加的表面张力场，使平均冷凝液膜减薄，从而强化了 传热。w i t h e r s 的研究表明，当冷却水侧的阻力相同时，将螺旋槽纹管用于 冷凝器比用光管节省材料3 0 5 0 ，管外的凝结传热系数增大35 第一章绪论 5 0 。上海交通大学将螺旋槽纹管安装在某厂的蒸气凝结换热器上，该 换热器与光管凝结换热器相比较，传热系数增加4 8 4 1 ，冷却水温度升 高3 2 2 ，总阻力损失增加8 4 6 2 ，表明螺旋槽纹管换热器比光管换热器 具有更好的热经济性。 图1 1 螺旋槽管实物图 f i g 卜ls p i r a lg r o o v e dt u b e ( 2 ) 横纹管( 如图1 2 ) 通常是由光滑管经滚轧加t 成的，其外壁 上有沿轴向间隔的环形槽，内壁则由于外壁环形槽向内扩展而出现对应 的环状凸出，使沿内管壁流动的流体产生边界层分离流，促进了流体的 紊流强度，增加了流体边界层的扰动，从而强化传热。 图1 2 横纹管实物图 f i g 1 - 2t r a n s v e r s et h r e a dt u b e s 横纹管的传热和流体力学特性国内外已做了大量研究工作，当管外 为蒸气冷凝、管内为冷却水时，横纹管的总传热系数比光管高了5 0 7 0 而阻力只增大了1 10 13 0 ”。经过蒸汽一空气换热的横纹管与 光管换热器对比计算得出，在压力损失相近的情况下，横纹管比光管节省 华南理= 人学硕士学位论文 传热面积4 0 。在换热器尺寸不变时，将光管改为横纹管，传热能力可提 高6 0 t ”。 外翅片管主要包括二维的翅片管( 如低肋管，见图1 3 ) 和三维的翅 片管( 如花瓣管，见图1 4 ) 。它们强化传热的机理主要是能有效地扩展 换热面积。它们均可用于单相及冷凝传热强化。 低肋管，主要是靠管外肋化( 肋化系数为2 3 ) 扩大传热面积，一般用 于管内传热膜系数比管外大1 2 倍的场合。对于管外冷凝及沸腾，由于表 面张力作用，也有较好的强化作用1 9 1 。 图1 3 低肋管 f i g 1 - 3l o wf i nt u b e 图1 4 花瓣管 f i g 1 4p e t a l s h a p e df i nt u b e 花瓣状翅片管( p e t a l s h a p e df i nt u b e ) 是由华南理工大学王世平教授 发明的一种新型强化传热管【1o i ，由于传热管的横截面看上去像一个花瓣 而得名，自从该传热管发明以来，众多研究人员对其强化传热与流阻性 能进行了全面而又系统的试验研究和工程应用。 王世平等1 对花瓣管用于强化互溶性双组份混合物的冷凝传热，实 验结果表明花瓣管的冷凝传热膜系数是光滑管的1 4 2 0 倍；张正国等【1 2 ”i 对花瓣管用于非共沸混合物的冷凝传热，实验结果表明其冷凝膜传热 系数是光滑管的6 8 倍。 第一章绪论 1 2 2 壳侧支撑结构 传统的管壳式换热器大多采用单弓形隔板支撑，流体在壳程呈“z ”型 流动，这种流动方式造成在隔板和管壁相连处存在流动死区，降低了换 热器的传热性能。同时，流体在弓形隔板间的分离引起动量的急剧变化 造成压力的严重损失。在隔板、壳体及换热管之间存在严重的旁路流和 泄漏流现象，降低了流体的有效质量流速。为了改善流体在壳侧的传热 性能，一些新型壳侧支撑结构不断出现。 ( 1 ) 内外导流筒结构 匡量墓 图1 5 a外导流筒结构 f i 9 1 - 5 ae x t e r n a lf l o w g u i d i n gc y l i n d e r 图1 5 b内导流筒结构 f i g1 - 5 bi n n e rf l o w - - g u i d i n gc y l i n d e r 这是开发和应用都比较早的一种壳侧结构形式，它的主要作用是最 大限度地提高换热器进出口区的传热性能。外导流筒( 见图1 5 a ) 由大柱 壳、正环壳、截锥壳、负环壳和小柱壳五部分组成，结构较复杂】。外 导流筒管壳式高效换热器在强化传热、增加布管区削减不利空问、提高 紧凑性、补偿温差应力、改善流体分布状况、控制流体诱导振动以及设 华卤理工大学硕十学位论文 备大型化等方面都具有独特的优势。因而目前主要以应用外导流筒为主， 并与其他强化元件结合使用。内导流简( 见图1 5 b ) 具有结构简单，设备 造价较低，易于推广应用等优点，将内导流筒和折流板管束换热器结合 使用应用于化工行业是比较普遍的，它可以弥补外导流简结构复杂的缺 点，用于冷凝器的传热和流阻性能都比较好1 。然而内导流筒的丌孔率、 内导流筒与壳壁的间距和开口区域角对换热器的流阻都有很大的影响， 需要在应用时慎重选择i ”j 。 ( 2 ) 折流杆支撑结构 图1 6折流杆 f i 9 1 6 r o db a f f l e 折流杆( 见图1 - 6 ) 换热器是2 0 世纪7 0 年代由美国p h i l i p 石油公司 开发出来的，其结构是由支撑杆、折流环交叉支撑拉杆、分隔板和纵向 滑动杆所组成，流体在壳程里沿管束作纵向流动，避免了横向流动对管 束的冲击，管束不易被振动破坏。这种结构形式的换热器提高了管问的 给热系数，还具有较好的防振效果。p h i l i p 石油公司使用低肋管作为换热 管进行实验时发现，与普通换热器相比，折流杆换热器的总传热系数提 高了3 0 以上，压降下降了5 0 左右，在相同的压降下传热系数能得到 提高，较好地强化传热【i ”。 ( 3 ) 空心环支撑结构 空心环管间支承物( 见图1 7 ) 的结构是2 0 世纪9 0 年代由邓先和等提 出来的，其结构特点是采用了环一环自支撑结构，在直径较大的折流环 空隙间利用直径较小的折流环进行固定，迫使流体实现纵向流。由于其 空隙率大，对壳程轴向流流体的阻力小，故可使大部分的壳程压降作用 在强化管束的租糙肋面上，提高了流体边界层底层的湍流度，降低了传 热热阻，从而达到强化传热的目的8 。”。 第章绪论 图1 7空心环结构图 1 空心环2 传热管 f i g1 7t h es t r u c t u r a ld r a w i n go fh o l l o wr i n g 1 h o l l o wr i n g2 h e a tt r a n s f e rt u b e ( 4 ) 螺旋隔板支撑结构 螺旋隔板主要包括两种结构形式，一种为带中心管的整体连续螺旋 隔板结构( 见图1 8 ) ，另一种没有中心管的不连续螺旋隔板结构( 见图 1 9 ) 。相关研究表明，没有中心管的螺旋隔板结构具有更高的传热性能 【2 “。其设计原理是采用蓿于块四分之一壳程横截面的扇形板组成螺旋状 折流板，使传热介质自壳体进口向出口呈螺旋状推进。这种流动形式克 服了传统折流板由于“z ”字形流道而导致的流动死区和返混现象。在螺旋 折流板之间，流体呈近似于连续的柱塞状螺旋流动，流速较稳定；在流 动中，从圆心至壳体半径方向上存在着较大的速度梯度，壳侧非均匀流 速的流体斜向冲刷换热管，使换热管表面流体边界层呈螺旋流动，边界 层减薄及分离，极大地提高了换热器的换热效率。 图1 8连续螺旋隔板 f i g 1 8c o n t i n u o u sh e l i c a lb a f f l e 7 华南理t 大学硕士学位论文 图l - 9不连续的螺旋隔板 f i g 1 9d i s c o n t i n u o u sh e l i c a lb a f f l e 螺旋隔板换热器是近年a b b 公司开发的最为优秀的换热器，其独特 的连续柱塞状螺旋流动形式( 见图1 10 ) 避免了弓形折流板由于曲折的z 字形流道( 见图l 一11 ) 而导致的流动死区和返混，大大提高了换热器的 换热效率。螺旋隔板按结构的不同分为：单螺旋隔板和双螺旋隔板。其 中单螺旋隔板可以分为如图1 1 2 、图1 13 所示的两种结构，后者是螺旋 隔板轴向重叠。双螺旋隔板结构见图1 1 4 所示【2 1 i 。 图1 10 螺旋隔板换热器壳程流体流态分布图 f i g 1 - l0f l o wp a t t e r no fh e a te x c h a n g e rw i t hh e l i c a lb a f f l e 图1 一l1 弓形隔板换热器流态图 f i g 1 11 f l o wp a t t e r no fh e a te x c h a n g e rw i t hs e g m e n t a lb a f f l e s 8 第一章绪论 玉_ 7 人入人入 _ 0 0 0 0 5 0 0 0 0 4 5 0 0 0 0 0 0 40 0 0 0 0 0 60 0 0 0 0 0 8 x 图3 66 # 管威尔逊法分离结果 f i g 3 6w i l s o np l o tr e s u l t sf o rn o 6t u b e 根据传热学公式 n u ：p r e jp r 。4 可得到本实验螺旋隔板换热器的系数。，如表3 8 所示。 表3 8n u 与r e 关联结果 t a b i e 3 8f i tr e s u l t so fn uf o rd i f f e r e n tt e s tt u b e s ( 3 5 ) 传热管编号 p f 1 #0 0 2 9 2 # 0 0 5 9 3 #0 0 5 8 o 8 4 # 0 0 6 0 5 #o 0 6 3 6 #o 0 6 2 第三章实验结果及分析 3 2 壳程实验数据及流阻性能关系式的关联 3 2 1 壳程实验数据 保持管程体积流量不变，改变壳程体积流量，获得实验数据如表3 9 、 3 10 、3 1 1 、3 一1 2 、3 13 和3 1 4 所示。 表3 91 # 管的实验数据 t a b l e 3 9e x p e r i m e n t a ld a t ao fn o 1t u b e 顿目温度oc压力m p a 流量l h 管程壳程壳程 次数管程壳程进口出口进口 出口进口出口 16 8 1 2 1 4 22 2 7 2 6 2 0 2 5 8 9 900 10 0 0 0 7 5 2 8 122 1 6 72 3 0 6 6 1 6 8 5 9 0 0 15 50 0 0 2 7 5 3 6 0 0 9 4 7 2 1 7 32 3 176 1 2 15 8 8 20 0 20 0 0 2 41 0 7 32 1 7 8 2 3 2 8 6 0 8 7 5 8 6 9o 0 2 5 o 0 0 2 4 51 1 7 4 2 1 8 6 2 3 46 1 2 65 9 2 0 0 3 0 30 0 0 3 6 1 2 8 52 1 9 42 3 5 56 1 35 9 3 10 0 3 50 0 0 3 7 5 表3 一102 # 管的实验数据 t a b l e 3 1 0e x p e r i m e n t a ld a t ao fn o 2t u b e 颚目温度oc压力m p a 流量l h 管程壳程壳程 次数管程壳程进口出口进口出口进口出口 l4 7 32 2 7 2 4 5 15 9 15 3 13 0 0 0 70 0 0 0 2 5 2 5 7 0 2 2 7 32 5 0 15 8 85 2 5 9o 0 13 50 0 0 0 7 5 3 6 0 0 6 9 02 2 7 12 5 2 65 8 9 15 3 1 40 0 19o 0 0 15 47 6 82 2 7 42 5 4 85 8 8 15 3 2 80 0 2 40 0 0 2 58 7 82 2 8 52 5 7 45 8 3 75 3 2 60 0 2 90 0 0 2 6 6 9 4 4 2 2 8 22 5 8 85 86 65 3 6 50 0 3 40 0 0 2 8 3 1 华南理工大学硕士学位论文 表3 1 13 # 管的实验数据 t a b l e 3 - 11e x p e r i m e n t a ld a t ao fn o 3t u b e 温度oc压力m p a 冬 流量l h 管程壳程壳程 管程壳程进口出口进口出口进口出口 15 7 92 1 9 72 40 3 6 02 15 4 6 2o 0 1 2 5o o 0 0 5 2 7 4 4 2 2 0 82 4 6 5 6 0 0 5 5 4 6 70 0 18 50 0 0 0 5 3 6 0 0 8 4 1 2 2 0 8 2 4 8 66 0 125 4 9 2 o 0 2 40 0 0 0 5 48 9 82 2 172 5 1 16 05 4 8 90 0 2 70 0 0 1 4 5 59 9 92 2 1 52 5 2 85 9 8 45 4 9 1o 0 3 50 0 0 2 6 10 5 9 5 5 2 0 72 2 2 22 5 4 25 9 4 80 0 3 80 0 0 3 7 5 表3 1 24 # 管的实验数据 t a b l e 3 12e x p e r i m e n t a ld a t ao fn o 4t u b e 项目温度oc压力m p a 流量l h 管程壳程壳程 次数管程壳程进口出口进口出口进口 出口 l5 7 42 2 3 42 4 0 36 0 9 35 6 3 30 0 10 0 0 0 2 5 2 7 2 3 2 2 4 32 4 2 85 9 9 75 5 9 50 0 15o 0 0 0 2 5 3 6 0 0 8 3 22 2 4 52 4 4 45 9 6 55 5 8 90 0 20 0 0 1 4 9 172 2 4 62 4 5 75 9 4 75 5 8 60 0 2 50 0 0 15 510 0 22 2 5 1 2 4 7 35 9 5 75 6 1 2o 0 30 0 0 2 6 10 8 4 2 2 5 1 2 4 7 95 9 5 35 6 2 40 0 3 5 0 0 0 3 2 5 3 2 第三章实验结果及分析 7 0 6 5 表3 135 # 管的实验数据 t a b l e 3 13e x p e r i m e n t a ld a t ao fn o 5t u b e 、项目温度oc压力m p a 流量l h 管程壳程壳程 次数管程壳程进口出口进口出口进口 出口 15 0 4 2 2 32 4 25 8 45 2 5 20 0 10 0 0 0 15 2 6 19 2 2 3 82 4 6 9 5 8 7 65 2 ，9 80 0 15o 0 0 0 2 5 3 6 0 0 7 2 12 2 3 72 4 95 8 2 3 5 2 7 80 0 20 0 0 0 7 48 172 2 ，3 92 5 155 8 1 25 2 8 5 0 0 2 50 0 0 1 2 5 58 9 92 2 4 22 5 3 25 7 95 2 8 60 0 30 0 0 2 6 9 5 8 2 2 3 92 5 5 15 8 4 15 3 3 60 ，0 3 5 5 0 0 0 2 5 表3 1 46 # 管的实验数据 t a b l e 3 - 1 4e x p e r i m e n t a ld a t ao fn o 6t u b e 硕目温度oc压力m p a 流量l h 管程壳程壳程 次数管程壳程进口出口进口出口进口 出口 15 0 92 1 9 72 3 8 15 9 9 65 4 2 90 0 1o 0 0 1 26 2 62 1 9 8 2 4 0 96 0 0 95 4 8 20 0 1 4 7 50 0 0 2 5 3 6 0 0 7 5 72 1 9 7 2 4 3 25 9 8 95 5 0 4 0 0 20 0 0 3 5 48 4 52 22 32 4 6 85 9 4 25 4 8 80 0 2 50 0 0 4 5 b9 5 62 2 0 8 2 4 7 75 9 6 25 5 2 10 0 30 0 0 3 610 6 32 1 8 9 2 4 6 95 8 9 15 4 7 70 0 3 50 0 0 1 3 2 2 各传热管的计算数据 结合总传热系数公式和管程分离出的传热系数，可计算出壳程传热 系数，如表3 15 、3 1 6 、3 1 7 、3 18 、3 19 和3 2 0 所示。 3 3 华南理工人学硕士学位论文 表3 151 # 管的计算数据 t a b l e 3 。15c a l c u l a t e dd a t ao fn o 1t u b e 顺目 p 口o口。p r e n 。乜 次妄 p aw m 2 kw m 。k p a 1 9 2 5 0 1 1 16 9 7 1 2 96 0 55 7 6o 0 9 7 12 9 2 1 2 7 5 013 3 6 10 5 5 4 46 5 75 5 8 0 0 7 15 5 5 3 1 8 0 0 0 15 7 01 1 1 1 3 76 9 2 5 7 90 0 5 8 4 9 3 42 2 6 0 0 17 9 01 1 8 0 4 07 3 55 6 6o 0 5 2 2 3 5 2 7 3 0 0 19 6 312 2 9 4 47 6 55 6 1o 0 4 5 0 3 5 6 3 1 2 5 0 2 1 1512 8 4 4 88 0 05 4 70 0 4 1 10 3 表3 1 62 # 管的计算数据 t a b l e 3 1 6c a l c u l a t e dd a t ao fn o 2t u b e 项目尸 d o口。a p 、 r e 。e 。 箔费 p aw m 2 kw m 2 k p a 1 6 7 5 09 0 7 1 5 4 5 7 6 9 6 05 8 2 0 2 2 9 0 0 1 2 12 7 5 0 1 10 62 0 7 0 6 612 8 57 5 6 0 16 2 4 0 4 3 17 5 0 0 13 2 72 3 4 4 2 31 4 5 57 0 8 0 13 3 9 5 6 42 2