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換熱器的強度和傳熱速率的計算
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換熱器的強度和傳熱速率的計算換熱器的主要作用是利用汽輪機做功后的蒸汽加熱供暖用的循環水,從而使蒸汽冷...

換熱器的強度和傳熱速率的計算

2015/10/27   本網原創   點擊數:

換熱器的強度和傳熱速率的計算
換熱器的主要作用是利用汽輪機做功后的蒸汽加熱供暖用的循環水,從而使蒸汽冷卻后變成水再回用。現行使用的熱網換熱 器一般都采用管殼式結構,常用的換熱管為冷拔鋼管。由于熱網系統中的循環水只經過簡單的軟化和過濾處理,所以極易在換熱器的換熱管內壁結垢,這樣就大大降 低了傳熱效率,通常半年至一年設備就要清理一次。用波紋換熱管制造熱網換熱器,極大地改善了管內結垢狀況,經實際運行使用,效果良好。
1 用波紋管制造熱網換熱器的依據
1.1 流體在管子內外的流動狀態對兩側流體之間傳熱的影響
1.1.1 流體在管子內的流動型態
  通 常當流體在管內流動時可分為層流、湍流和過渡流三種流動狀態。每種流動狀態都會在靠近管壁處形成邊界層邊界層又分為層流、湍流、過渡流三種流動狀態。這是 因為流體具有粘滯性、潤濕性的結果,即使是湍流邊界層,在靠近管壁面仍存在一極薄的滯流內層,此層內流體的流動仍為層流。
1.1.2 流體在換熱器管間的流動狀況
  通常采用的列管式換熱器都帶有折流擋板,流體在管間流動時,流向和流速均不斷變化,因而在Re(雷諾準數)>100時即可能(推薦:太陽能)達到湍流,所以一般按湍流考慮。
1.1.3 無相變的流體在管子內外的傳熱情況
  在 管兩側緊貼壁面的滯流內層中,沿壁面的法線方向上沒有對流傳熱,該方向上熱量的傳遞僅為流體的熱傳導。由于流體的導熱系數較低,使滯流內層中的導熱熱阻就 很大。假設管壁兩側的流體為湍流流動,在管壁兩側的湍流主體中,因流體質點劇烈混合并充滿旋渦,所以湍流主體中的溫度差溫度梯度極小,各處溫度基本相同。 在湍流主體和滯流內層之間的緩沖層中,熱傳導和對流傳熱均起作用,在該層內溫度發生緩慢的變化。如圖1所示。若管壁兩側的流體為層流流動,則在層流主體 中,沿壁面的法線方向上的熱量傳遞只是流體的熱傳導,詳情可參考滯流內層中的傳熱情況。
從以上分析可知,對流傳熱的熱阻主要集中在滯流內層中,因此減薄滯流內層的厚度是強化對流傳熱的重要途徑。
1.1.4 波紋管內外兩側流體外側的流體有相變之間的傳熱分析。
  在 波紋管內側,當流體由縮徑處進入擴徑處時會發生邊界層分離現象,此時在擴徑處產生流體空白區,一部分流體會倒流回來填充空白區,這樣在擴徑腔內產生流向相 反的兩種流體,即而形成旋渦,如圖2所示。由于旋渦的存在,加劇了流體質點之間的碰撞,極大地破壞了邊界層和滯流內層,使其厚度減薄,減少了滯流內層的熱 阻,同時減輕了污垢在管內壁的沉積,這樣就大大地提高了內側的對流傳熱系數。
        在波紋管外側,由于波紋管表面的凸起和凹陷改變了冷 凝液膜的薄厚分布,在擴徑處外部液膜厚度極薄,此處對流傳熱系數遠遠大于光滑管外部凝結時的對流傳熱系數,在縮徑處外部液膜厚度較厚,該處對流傳熱系數較 光滑管外部凝結時的對流傳熱系數略小一些,不過總的平均對流傳熱系數比光滑管大得多。



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