等边三角形道2单相流体管内强制对流换热强化技术.ppt

第一章 强化管内单相流体强制对流换热 §1.1 概述 1. 单相流体管内强制对流换热实验关联式 （1）圆形管道截面 管内层流换热 管内湍流换热 管内过渡流流态换热 （2）槽道 （3）等边三角形道 2. 单相流体管内强制对流换热强化技术 （1）层流流动时 ※ 改变流体的流态 （2）湍流流动时 ※ 减薄层流底层厚度 §1.2 层流时管内强制对流换热强化 1. 改变管道形状 例子：回转式空气预热器 漏风量大、工况良好时为6%~8%，密封不良时为20%~30% 。另外回转式空气预热器的结构复杂、制造工艺和安装要求高、运行维护工作量大，热态自动控制也较为困难。 结构紧凑、体积小、换热面密度高、整机质量轻、金属耗用量少、利于安装布置、低温腐蚀较管式换热器轻等特点，适于在大型锅炉上使用。 条件：矩形通道的高度比a/b=1/5， 三角形通道截面形状为顶角为40度的等腰三角形。 比较结果：矩形通道换热器的摩擦阻力损失比三角形通道低 30%，而换热面长度比三角形通道短18%。 在管子数目相同、工质流量及管道横截面周界均给 定的条件下，圆管的流通横截面积最大，矩形的最小，而流速恰好相反； 在各管道中温度条件相同时，矩形管道能增加换热系数，但同时阻力也剧增。 动力消耗、制造工艺、强度、换热面污染度等 2. 改善边界层中换热工况 （1）换热器长通道分隔成多个短通道 （2）管内插入物技术 ①纽带 原理：产生旋转流动和二次流，在离心力作用下使中心流体 同壁面边界层流体充分混合，减薄边界层 ②螺旋线圈 ※ 内插螺旋线圈强化层流区换热，换热系数可提高3.5倍 ③绕花丝内插物 ——由几组相同的线圈环绕同一中心轴线扭转而成， 形成一种多孔体，流体分子微团，其在传热和 流动方向上不断做复杂的三维宏观混合。 ※弥散效应：多孔体的弥散效应可以使流体在低流速下转变为 湍流，产生与涡流相似的效果，令流体内部温度 分布均匀，从而增大壁面附近温度梯度，使换热 增强。 （3）增加粗糙度 当管壁粗糙度较小时，粗糙度对换热和阻力没有影响 当管壁粗糙度较大时，流体在粗糙度处形成涡流，对换热和阻力有影响 但管壁粗糙度过高，对层流时的对流换热并不有利 ※砂粒型粗糙管 较难加工 （4）扭曲椭圆管 纵向旋转和二次流 管内阻力增加不大 * * §1.3 过渡区时管内强制对流换热强化 1. 管道截面形状 非圆形管道 正规过渡区 非正规过渡区 ——有角的管道 ——无角的管道 * * （1）正规过渡区——等腰三角形管道 管道大部分出现紊流，而在角上存在层流工况。 ※ Re增大，角上层流区减小 ※在当量直径相同时，顶角减小，管道阻力和换热 强度都成比例下降 * * （2）正规过渡区——波形换热板 ※当单位换热面积流动阻力相同时， 采用波形板结构换热量比光板结构 增加40-50%。 * * （3）正规过渡区——新型不锈钢多层波形管 壁厚为0.4-0.5mm的 特种不锈钢板材 滚压成不同规格的圆形薄壁光管 将焊缝错开套装成多层薄壁圆形光管 利用特殊工艺涨波凸起成型 * * 直径段 速度降低、静压增大 弧形段 速度增加、静压减小 周期性变化 ※ 轴向伸缩能力较强，减小温差应力， 能适应较大的温度变化 * * 通道高度下降 减小进口扰动，推迟层流向紊流过渡，通道易堵 可以布置更多换热面，单位体积换热强度增强，可减小换热器体积 ※从多方面综合考虑 * * 2. 管壁人工粗糙度 （1）Re的影响 * * （2）对Rec的影响 （3）粗糙度大小的影响