波纹管换热器性能及效益分析

1、欢反管换热孝性能及效益分析爰怡热管 2008-5-20 0:10:511、引言换热容是热能交换的主要很备.A热色联产.集中供热.石油化工.油岛输送.冶全.轻工 及宾馆.医紀寻缎城具冇广泛的应用。下面我要分析介绍的波纹管煥热氐,是我公司根据瘵 户要求及供荃外来经睑很计研制的换热亠 是一种新型的高性能的热交换森，是换热森家族 中一个离新技术产品，也是我国勺己研制与应用的唯一具冇丸争力及优越性能的换热春。其 具有离效.妥全.可靠.节能.不易堵漏.密封周期长的.综令性优点，尤其迨合心高温. 爲庄的条件下卖用。本丈很堀传热学虑理，对波纹管换热乐的结构特点.进行了详细的理论及技术性能分析.经 济敗益和社令

2、敗益的分析。对今后庄力家丢行业换热赛产的灵新孜凌冇着较丸的倍鉴意 义。2波纹管换热森的主要结构特点2.1传热虑埋我们丸来分析一下间壁两侧流体热交换过程:浇体在圓管浇动时.分层流层和湍流层，介质 点.管各点的速度随孩点与管中心的距窗而炙，距富管型附近克遠釆侵，为處流层，越窝管璧 较运戍，流速越快，为湍浇星。场质间热交换过程有三科：热辐射.对流传热和热传导。化工中常遏刊的是温皮不丈爲的浇 体间的热交换问題此时辐射传热通常可不予考虑。热量自热流体传到间壁表面的一側戎1 间壁另一側仪面传给冷浇体都禺于对流传热。对浇传热是在流体流动的过程中发生的热量 传逅现象.所以和介灰浇劫的侑况密切相关。即使是在湍流

3、浇动的恃况下.流体主浇中由于 获涡丛生.流体冬部分相互況合，所以热瓯很小，从而疫和克体流动方向垂直的槪面上，湍 流中心区冬点浇体之间的富度竣于一欢；但亦紧素壁而处，总有一层流体朕顺着型面作處浇 流动，尬为层流康處。疫令浇体一側，热量心传入冷浇体主体之祈，必须看先通过它。由于 通过这窿流体族的倍热是以导热方式进行的，所以流体朕虽薄，却是对浇传热的主要热皿， 温皮降也主要集中疫處克底层中。图1为对濃传热时沿热流方向的锻度分布情况示意图。图中F1F1与F2F2为层流底层的并而， 为热流体中心温度，也即呆爲温度.广为冷流体中也即呆低淇皮。在热浇体的湍 流主体中.由于浇体质点尢分混合，富度疑本上是一孜的

4、，印图中T、。疫层浇底层，由于 热阻较丸，温皮急剧由Tb下降列Tw。S 克底星和湍浇主体之间.存在一个温度遂晰支 化的区域，称为过滾区，其中诅度由下降列Tbo再往左通过管型，因其材料通常为全為. 热皿很小.因此管型鬲側的温度Tw和tw相差很小.此后在冷流体，又顺次通过星流底 星.过滾区而到达湍流主体.温度由tw & tb下降刊t、。图中曲线twtbt、和曲线TTbTw 的意义相彼。FlF2图1对流传热对沿热流方淇度分布情况2.2总传热糸救影响因素传热学传热速序公式如下：Q=KAg) C2-1J些中：Q换热量K换热糸数A换热面积(T-t).-传热温皮差从公式(2-1)可以看到，换热量和换

5、热条数K成正比，要提高换热森的热交换能力，就必须忍办比灵离换热糸数K值。对流传热时垠据传热学虑理圖简世壁热交换管的思热阻公式为：1/K=1/al +b/X(d1/dm)+1/o(2 (d1/d2)+R$ (dl/d2) (22)式中：K总传热糸数cd. a2管売程对流传热糸數b换热管童厚换热管传热糸数Rs一污垢热阻d1. d2. dm一分别为换热管綾.外綾.中役23提壽换热容换热性能涂蚣分析：由2间壁而側浇体热交换过程及公式（2-2J可以看出，要想提爲热交换荻的换热性能. 就要努力阵低总热瓯1/K,阮提壽总热交換糸数K值，从中不难看出提爲换热糸数K值冇如 下途後：1； 减少屋流层，增加湍克屋.

6、从而提壽对浇传热糸数cd. o（2：由化工虑理中冇关传热学知道，K值几乎主要取决于对流传热糸数，则必须很法同对堤爲浇 体而側的对流传热糸数cd. cx2o2）减少传热距憲.既减小换热管型厚b。3）提爲传热糸数入可以通过选用导热性能好的换热管材料卖观。4）降低污垢热阻Rs生活垢热瓯起很丸作用肘.则必须役比减侵污垢生成速率戎粉予请洗。2.4波纹管换热森结构特点：如图2所示为波纹管换热森的一般设计结构其外农与普通换热呑柚同売程釆用普通的圖筒 形结构，其与普通换热容相比.走丸的苗点是管程采用諒壁不锈钢败纹式换热管波纹换热 管结构纽件见图3.它是由壁厚为0.5m m07mm的管料经过挤波森设备加工而成，

7、使换 热管型形成一个个&起，并经过与其焊揍的管套.与管板进行強度焊接而成。图2波纹管换热容结构3波纹管换热森性能分析3.1败纹管换热森换热性能分析：(1) 良好的对浇传热性能由于换热管壁制凌成一个个的波纹所以介质疫管浇动肘其恳流屋败岛凹不平的壁而所破 坏这样就丸大灵高了介质的湍克屋.形成不斯的炭涡式湍流流动可达到灵充分的换热败 果，从而灵壽了介质间的对流传热糸救a(可大的提爲23信丿,阵低了对浇热阻1/a, 使波纹换热氽具有良好的对流传热性能。(2) 良好的热传导性能本设备波纹换热管采用不锈钢薄壁管制成，不锈钢具有良好的热传导性能.即热倍导糸救入 大。切采用0.5mm0.7 mm的諒空

8、管这挥就保证减小了传导热阻b/入值。普通换热森的换热管壁厚般厚皮达2沏加3力加、而波.纹管换热乐与之扌a比，同材质侑 况下可提壽热传导性能23信。所以它具冇良好的热传导性能。G)较低的污垢热阻由于换热管采用波纹形所以介施A换热管外壁流过时增加了湍浇流遠.形成了一个个向術 不斷涡流流动的流态'大大减少了介施A换热管外壁上积垢的可能，从而大恪皮降低了污垢 热阻Rs<>(4)单住家积传热而积大由于换热管旻由光管连续胀形外表而形成-ffl ffl的波纹所以外表面积均比同长皮的光管 大如用(p27X07光管制成后的波纹管哀而积可以比廉来增丸20%左右，所以同先役的换热 森，裝有同数量

9、的换热管，裝波纹管的可以比裝光管的换热而狡大。从以上分析可知，败纹管换热菸具冇良好的热交换性能。3.2波纹管换热森使用性能分析不污.不堵.不结垢由于该设备的换热管采用不锈钢材料制成，换热管为波纹形的特点，增丸了介卓的湍流處， 减少了易和软垢的平克层.大幅度减少了换热管外型积污的可能故防堵性能好，管程时 蚀性好。不所以它照比其它换热森大幅度减少了设备的清理维护工作量方便了用户的使用。 呆近证实祈台换热森疫译河供热所己经使用五个供殴期仍不结垢，这足以证朗新产芫冇很强 的盼结垢能力，从而也保障了换热容的稳走运行(换热效率不降低丿O(2) 盼漏能力强因为每根换热管的冬个波纹都具冇1身补佞热味冷编的功能

10、因此不需要彫胀节之类的设逍 来减少管売程的温差应力.冇较强的迨应热膨胀能力。(3) 陆宸能力强笫一.由于换热管波纹的加工使其fi身帝冇可型性。笫二.选用具冇较好的可塑性不锈钢材料。笫三.采用了冰纹管与套管焊接后冉与管板內焊的结构。这择就使败纹换热管与管板不直 挂接紘.减少了因厚皮誉引起的场部应力。笫凹与波纹管焊接的套管处采用了统冲节加工结构，如图2扇部放大图所示.也提壽了 其抗震性能。(4) 动态性能好由于产生强化扰动的流速谢达0.2m/s以上故负荷雯化而引起的管克速变化时.也不彩响换 热性能。(5) 减少设备维修量由于该产不污.不堵.不腐蚀.不结垢.密封性能好，不必象其它换热睜那样年年维修。

11、 一旦需维修，工作量也很小。(6)较高的永压能力由于换热管做成一个个的波纹形结构照比光管增強了其承我庄力的能力使共更迨合心较 為的庄力下工作。由以上分析可知波纹管换热乐具有良好的使用性能。4波纹管换热帝绘济祝令数益分析4.1较壽的经济效益性能可以节石材料成本换热管管壁加工为波形如图4所承为波纹管结构加工尺寸图，很岛波球面半役为R.管外半 役为加工波纹岛波率为R/r=12波纹间距（相邻両波吟间的距）为24mm由几何公或可得 列球而面积S球.球冠而积S疮.S柱側面面积S柱如下：s 球=4nR2=4n (.2r) 2= 5.76nr2S 冠=2nRR-(R2-r2)l/2=2n(1.2r)1.2r(

12、l.2r)2-r2l/2= 1.3nr2S 柱=4nr(R2-r2)1/2=4nr(L2r)2-r21/2=2.65nr2图4波纹管结构尺寸由以上公式得到寻长波纹外表而S波与直管外表而S克之比值如下：a=S QS 直=(S球-2S冠)/S直= (5.76-2X1.3) nr2/2.65nr2= 1.2沿换热管长度方向上波纹分布率n为：ri=2(1.2r)2-r21/2/24=2(L2r)2-r21/2/24=0.055r如按p25X07规格的波纹管计算得列沿管长布波率为68.75%.若按布败率50%保守计算. 波纹管换热而积与虑直管换热面积比卩为:p=(1.2S 波+S 直)/2S 直= 1.1 (41)由式件1)的结果及(21)公式可以知道同样换热量Q,由于面积A(=S波+S直)的增大及K 值的提壽照比直管丸不锈叔换热森波纹管丸换热容可以较丸悟度减少设备制岌用料成本。 其中外丸用料可以至少阵低为普通换热段用料的90%(=1/p)；换热管用料如采照比同材质 不锈钢妨抖可以降低丸约一半以上材料如果腮比碳钢材料，虽然成本提高了一些，但照比 其换热能力的提壽幅度，总凌价并不壽。所以波块管换热森具有轶爲的经济败益性。(2)减少附件制凌媳用由于具冇良好的热膨胀it应能力，所以可以腮比一般结构材料换热容，可以减少安裝热膨胀 节的的逍安裝条用上千元。4.2良好的竝会效益性对于相同的热交换