螺旋板式换热器的传热及流动特性研究_图文

1、青岛科技大学硕士学位论文螺旋板式换热器的传热及流动特性研究姓名:王彦波申请学位级别:硕士专业:热能工程指导教师:李庆领20070420 青岛科技人学研究生学位论文一液换热,如图1.2中(a所示。(2一种流体在螺旋流道内进行螺旋流动,而另一种流体在另外的一条流道内作轴向流动。这种形式适合于两侧流体的体积流量差别很大的情况,常用作冷凝器和气体冷却器等,如图12中m1所示。(3在这种形式中,一种流体在螺旋流道内进行螺旋流动,而另一种流体在另一侧的流道内作轴向流动和螺旋流动的组合。这种形式适合于蒸汽的冷凝冷却,如图1.2中f所示。 图1-2螺旋板式换热器的操作方式【2】Fig.12Operation

2、modes of spiral plate heat exchanger螺旋板式换热器具有螺旋通道,而流体在通道内流动。在螺旋板上焊有保持螺旋通道宽度的定距柱,在螺旋流动的离心力作用下,能使流体在较低的雷诺数时发生湍流。这样可使流体分散度高、接触好,在通道内作均匀的螺旋流动。流体阻力主要发生在流体与螺旋板摩擦上,这部分阻力可以造成流体湍流而相应增加了对流换热系数,有效地利用了流体的压力损失,能较好地提高螺旋板式换热器的传热效率。定距柱在螺旋板式换热器中有三方面作用:保证螺旋通道的距离;增强螺旋体的刚度;提高换热效率,使螺旋通道内的流体在较低雷诺数下也能发生湍流。1.3国内外研究综述 青岛科技人

3、学研究生学位论文2螺旋板式换热器传热及流动特性的实验研究实验是研究传热问题最基本的研究方法。任何一种传热现象基本数据的取得都要经过实验加以测定,理论分析和数值计算也需要由实验提供数据依据,并且要经过实验的验证,另外,对很多复杂的传热学课题,目前分析求解和数值求解几乎还没有办法。本章将采用热一质比拟萘升华方法,对螺旋板式换热器传热与流动特性进行实验研究。2.1螺旋板式换热器模型螺旋板式换热器主要出两张平行的薄钢板卷制两成,构成一对互相隔开的螺旋形通道。冷、热两流体以螺旋形板面为传热面相问流动。在换热器中心设有中心隔板,使两个螺旋通道隔开。一般有一对进、出口设在圆周边上,而另一对进、出口则设在中心

4、的圆鼓上。一种常用的螺旋板式换热器的外形及结构431,如图2.1所示。 围2-I螺旋板式换热器Fig。2-1Spiral plate heat exchanger该换热器的数学模型为一常微分方程组,求解该微分方程组,可得到冷、热流体沿通道的温度分布,进而确定该换热器有关的传热性能数据,绘制出传热效率传热单元数关联图,供设计使用。为计算方便,螺旋板式换热器通道的圈数定义如图22所示。11 螺旋板式换热器的传热_及流动特性研究2.2螺旋通道的设计表21螺旋通道的主要设计参数Chart2-1Design parameter of spiral chaflnell螺旋板宽度螺旋板厚度嫘旋通道f8j距中

5、心管直径定距柱直径I (II11(mm(mm(咖(唧20234030012设计的螺旋通道如图25所示: 困2-5螺旋通道Fig.2-5Spiral channel螺旋通道实物如图2-6所示。 2.3实验目的图2-6螺旋通道实物图Fig.2-6Spiral channel利用热质比拟实验原理萘升华技术分别测量螺旋通道内圆形定距柱柱面及通道底萄的对流换热系数,算出总体换热系数,与文献推荐的传热系数进行比较,对实验系统的可靠性进行校核:分别测量螺旋通道内三种椭圆形定距柱 螺旋板式换燕器的传热及流动特性研究再调零,即可进行称重,读出数据。该天平的最大称重为2209。最小的分度值为0.1mg。由于此天平

6、精度较高,易受外界干扰,故在称量过程中须保证实验台的平稳及天平室的安静。 阻力的测量通过测量试件前后的静压差来得到的。压降用YYT-200B型斜管微压计测量。在实验段|ji后各开一个静压孔,前端静压孔接微压计“+”端,后端静压孔接微压计。一”端。静压孔为阶梯孔,内部小孔直径为0.5mm,外部大孔直径为5mm。2.6实验过程在利用热一质比拟原理萘升华技术进行实验时,萘试件的制作十分关键,因为萘试件表面质量直接影响到萘的升华速率。制作萘试件主要有浇注和浸泡两种手段,本实验所用的试件均在钢模内浇注而成。组装后的椭圆形定距柱模具如图2一10所示。钢模的内表面先机加工到1I6级以上,然后用金相砂纸手工打

7、磨到镜面,最后再用高级大衣呢或绒布用力摩擦,使其达到充分光滑。萘试件用分析纯萘浇注,在整个制作和实验过程中,试件不能有任何污染。椭圆形定距柱萘试青岛科技人学研究生学位论文件脱模后的表面应光滑且无任何缺陷。浇口冒口上盖板 F_.可万.豢j炒,.。?膨/、.r|模具工作台图210组装后的模具图图211试件的浇注方法Fig.210Mold after aascmbly Fig.2-11Method of spechnen cast在浇注椭圆形定距柱萘试件之前,先用丙酮将模具内表面擦拭干净,销子定位后用螺栓将其夹紧,然后放在电炉上预热。在试件的制作过程中,浇注时萘液及模具的温度和冷却速度是能否制作成功的决定因素。经过反复试验表明,浇注时萘液的温度应在110120之间,而模具应同时加热到8090。浇注时,在模具上加盖上盖板,从浇口倒入,注意不要将冒口堵住(如图211。浇注完毕后,让萘件在模内自然冷却2030分钟至室温,然后脱模。在脱模时一定要避免污染其表面,确保表面无龟裂或疏松缺陷后,把制作成功的椭圆形定距柱萘试件,两端面用胶带封好之后,装在密封袋中,防止挥发。在室温下放置24小时以上,使试件与环境达到充分的热平衡方可用于实验。 图212特制的工作台Fig.2-12Operating platform of 111ade-to.measure图2-13底面试件模具图F