竖直波纹板表面凝结过程的强化传热的研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 第十届年会 编号：013106 竖直波纹板表面凝结过程的强化传热研究1 陈亚平，周强泰，施明恒 (东南大学动力工程系南京210096电话025-3794975Email：ypgchenOsina．com) ■要本文根据波纹板利用凝结演与波纹板壁面问的表研譬力作用使液膜槭薄的强他凝结传热的机理建立了 数学榜瞪．将波纹扳槽道谷底和波峰两侧灌墩换热的综台效果与当量平直竖壁的相比较，提出了—种可蓑顾 通流截面和强化效直的取尺度波纹形式．对取尺度渡纹、普通波纹和平板进行了凝结传热性能比较赛蛳明 其凝结倒换热系数可比当量平直受譬增强近1倍． 关t葡：取R魔敝．皱纹扳，凝结，强化传热 l前言 波纹板壳式换誊}嚣是一科啦酶葫融捌国内夕卜广泛关注的新型换热器。谢换热器由矩形 波纹板片组和壳体构成，它采用焊接密封，在气密性和耐温耐压方面出暖式换热器优越，传 热效率高，结构紧凑，且应用范围宽，不仅可用于单相流体对流抉热，而目．其板外敞开的通 道可用于降膜传热过程(如冷凝、发生、蒸发、吸收等)B1≈．虽然波纹板通道对单相介质 或两相流强迫流动的强化传热前人已作了较多的研究．但由于受到板式换热器原有应用范围 的限制，对波纹板t膜状凝结等其它过程的强化传热研究较少。根据藏^对直管挂线、螺纹 槽管、c管等凝结强化传热元件所进行的相关理论与实验研婀以推论，竖直布置的波纹 壁面上由于存在表面张力效应而将波峰两侧的凝结液膜拉薄，导热热阻减小，使换热强化； 同时由于波谷内的凝结液积聚增抉，从丽可能使波谷液膜内的流态容易变成湍流或从换热面 上脱离或飞溅并加快凝结液捧出．这些都会增强液膜内的扰动，提高凝结换热系数。另—侧 冷却水在波纹通道内的流动也能得到强化，因而波纹可提高总体传热系数。 板壳式换热器是—种多用途换热器。作为冷凝器使用时一般以扳外通道作为凝结侧， 卧式布置以减薄液膜厚度。在相邻两块角度相反的斜波纹撇的网流型通道中的三维口}渤和 传热过程是十分复杂的，目前还难以进行理论求解。对于波纹扳表面的膜状凝结过程，可先 将其简化为竖壁问题，然后再考虑波纹对强化凝结传热的效应。由于竖壁膜状凝结问题已有 现成的公式可以求解[。目，本文主要讨论波纹板槽道对强化凝结传热的效应。 先将斜波纹简化为竖直波纹，并忽略相邻两块板片的波纹脊线相互接触处对}蜞的影 响。取—个波纹槽j苴对表面张力排液模型进行分析，沿切向截面的三角形波纹几何尺寸如图 l。波纹板E凝结液膜的流动坐标示于图2，并作如下假设：1)在波峰圆弧及其两侧平面 上液嗅厚度相同．它们组成B区，蒸汽的汽化潜热主要通过该区域传给壁面；2)在波谷处 的汽液界面为半径为足的圆弧，该圆弧与谷底壁面所包围的区域为A区，冷凝液在重力分 量Pgsm目作用下沿波谷流到扳片的底部(波纹角口为斜波纹脊线与水平线的夹角)；3)波 本项目受国家重点基础研究簏疑规划项目(G200IE∞O：J)盼资助 304 纹板壁温为恒定值；4)冷凝液的物性为常量。将一个节距内波纹的展开宽度为乇的波纹竖 壁与相同宽度的当量平直竖壁进行比较，以增加温差的手段使两者具有相同的热负荷(或凝 结量)。 图l波蛀括井I遒凝结刺理H何关系图 田2波皱板凝蛄涟蔗坐标 由连绥方程司得： H』AAP+ueAaP=“o也P 【lj 式中”，A，d分剐为冷凝液膜沿J方向的流速、流通截面积和液膜厚度；下标^，B，0分 别表示A区、B区和当量平直竖壁内的性质：P，口，u，P，^分别为j5孥凝渡的密度、张力 系数、动力粘度、运动粘度和导热系数。 3 由式c-，可导得鲁={[每+[老y纠血一r cz， 由于嘞=砉；a=持+等去c驰所以詈=甜等+吾剖“， 液膜的表面张力所产生的压差，即把冷凝液膜推向波谷的力·可用下式给出： 印一舻幢一[-剀=幢+爿