热交换器的试验与研究.pptx

6.1.2对流换热系数的测定现有的热交换器，可以通过准则关系来计算。对新型热交换器可以采用下列方法测定对流换热系数1 估算分离法2E.E.Wilson图解法拟合曲线分离法3修正的Wilson图解法4其它方法瞬态法热质类比法 第1页/共29页6.2阻力特性试验在相同传热性能时，阻力小的换热器效果好。总的流动阻力：PPf P1 Pa PsPf摩擦阻力P1局部阻力Pa消耗于气体加速度上的附加阻力Ps内阻力 Pf(w)或Eu=f(Re)曲线第2页/共29页6.3传热的强化6.3.1传热强化的基本途径1扩展传热面积S2加大传热温差F3提高传热系数Kq q 就是强化换热就是强化换热 t tmm k k q q l 增加温差，常常使不可逆损失增大增加温差，常常使不可逆损失增大l 增加增加k k，主流，主流第3页/共29页例题例题压缩空气在中间冷却器的管外横掠流过，压缩空气在中间冷却器的管外横掠流过，ho=90W/(m2.K)。冷却水在管内流过，。冷却水在管内流过，hi=6000W/(m2.K)。冷却管是外径为。冷却管是外径为16mm厚厚1.5mm的黄铜管。求：的黄铜管。求：(a)此时的传热系数；此时的传热系数；(b)如管外的对流换热系数增加一倍，传热系数有如管外的对流换热系数增加一倍，传热系数有何变化？何变化？(c)如管内的对流传热系数增加一倍，如管内的对流传热系数增加一倍，传热系数又作如何变化？传热系数又作如何变化？解：解：(a)黄铜的导热系数为黄铜的导热系数为111W/(m.K)第4页/共29页(b)(b)略去管壁热阻，传热系数为略去管壁热阻，传热系数为(c)(c)略去管壁热阻，传热系数为略去管壁热阻，传热系数为第5页/共29页管外的对流换热系数增加一倍，传热系管外的对流换热系数增加一倍，传热系数增加数增加96%管内的对流传热系数增加一倍，传热系管内的对流传热系数增加一倍，传热系数增加不足数增加不足1%强化换热的原则：强化换热的原则：在热阻最大的环节上下功夫在热阻最大的环节上下功夫第6页/共29页增大传热面积增大传热面积1）增大传热面积）增大传热面积 增大传热面积，可以提高换热器的传热速率。但是增大传热面积不能靠增大换热器的尺寸来实现，而是要从设备的结构入手，提高单位体积的传热面积。如采用小直径管，用螺旋管、波纹管代替光滑管，采用翅片式换热器等都是增大传热面积的有效方法。第7页/共29页2）增大平均温差增大平均温差平均温差的大小主要取决与两流体的温度条件。物料的温度由生产工艺所决定，一般不能随意变动，而加热介质或冷却介质温度由于所选介质不同，可以有很大差异，如化工中常用的加热介质是饱和水蒸气，提高蒸汽的压强就可以提高蒸汽的温度。但提高介质的温度必须考虑到技术上的可能和经济上的合理。当换热器中两流体均无相变时，应尽可能从结构上采用逆流或接近逆流的流向以得到较大的传热温差。第8页/共29页3）增大传热系数增大K值是在强化过程中应该着重考虑的方面。由于换热器中的传热过程是稳态的串联传热过程，欲提高K值，就必须减小对流传热热阻、污垢热阻和管壁热阻。由于各项热阻所占比重不同，故应设法减小其中较大的热阻。在换热设备中，金属壁面比较薄且导热系数高，一般不会成为主要热阻。污垢热阻是一个可变因素，在换热器投入使用时，污垢热阻很小，不会成为主要矛盾。但随着使用时间加长，便可能第9页/共29页成为阻碍传热的主要因素。因此，应通过增大流速等手段设法减弱垢层的形成和发展，并注意及时清除污垢。对流传热热阻经常是传热过程的主要矛盾，也应是着重研究的内容。当换热器壁面两侧对流传热系数相差较大时，应设法强化对流传热系数小的一侧的换热。提高对流传热系数，减小对流传热热阻的主要途径是减小层流边界层或层流底层的厚度，通常采用的具体手段有：(1）提高流速，加大Re数，以减薄层流底层，例如增加列管式换热器中的管程数和壳体中的挡板数，可分别提高管程和壳程的流速。第10页/共29页6.3.2增强传热的方法1改变流体的流动情况1增加流速2添加插入物3添加旋转流动装置4利用外来能量的作用第11页/共29页(2）增加流体的人工扰动，以减薄层流底层。例如采用管式或螺旋板式换热器；采用各种异形管或管内加装麻花铁、螺旋圈或金属卷片等添加物；采用波纹状或粗糙的换热面等等都可提高对流传热强度。在列管式换热器的壳程中安装折流挡板，使流体流动方向不断改变，增加流体的扰动，是提高壳程对流传热系数的重要方法。(3）利用传热进口段换热较强的特性，采用短管换热器，如锯齿形翅片的板翅式换热器，不仅增加了流体的扰动，而且由于流道短，边界层厚度小，因而使对流传热强度加大第12页/共29页6.3传热的强化2改变流体的物性在气体中加入固体颗粒在液体中加入固体颗粒在蒸汽或气体中喷入液滴在液体中加入液体添加剂3改变换热表面情况增加壁面粗燥度改变换热面的形状和大小改进表面结构表面涂层第13页/共29页强化换热的手段：强化换热的手段：1.1.无源技术：除输送传热介质所需的功率外，不需附加动力无源技术：除输送传热介质所需的功率外，不需附加动力l 涂层表面涂层表面l 粗糙表面粗糙表面l 扩展表面扩展表面l 扰流元件扰流元件l 涡流发生器涡流发生器l 螺旋管螺旋管l 添加物添加物l 冲击射流冲击射流第14页/共29页槽管槽管无源技术无源技术传热强化举例传热强化举例螺旋螺旋槽管槽管第15页/共29页翅片翅片第16页/共29页第17页/共29页螺旋翅螺旋翅片管片管第18页/共29页第19页/共29页第20页/共29页第21页/共29页第22页/共29页翅片结构不适用于：翅片结构不适用于：高表面张力的液体冷凝高表面张力的液体冷凝含有大量固体颗粒的流体含有大量固体颗粒的流体易结垢的流体易结垢的流体第23页/共29页其它形状换热管其它形状换热管第24页/共29页2.2.有源技术有源技术 除输送传热介质所需的功率外，需外加动力除输送传热介质所需的功率外，需外加动力 对介质进行机械搅拌对介质进行机械搅拌 受热面振动受热面振动 流体振动流体振动 电磁场电磁场 介质种加入异物或介质介质种加入异物或介质3.3.强化换热的方式的综合评价强化换热的方式的综合评价 应当综合考虑传热效果、流动阻力、成本和运行费用；应当综合考虑传热效果、流动阻力、成本和运行费用；第25页/共29页热交换器的优化设计目标函数的确定第26页/共29页6.5热交换器的性能评价6.5.1热交换器的单一性能评价法6.5.2 传热量与流动阻力损失相结合的热性能评价法6.5.3熵分析法6.5.4火用分析法6.5.5具有强化传热表面的热交换器性能评价纵向比较法6.5.6热经济学分析法第27页/共29页课程结束谢谢各位第28页/共29页感谢观看！感谢观看！第29页/共29页