螺旋折流板换热器传与阻力性能的实验研究.pdf

摘要‘
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螺旋折流板换热器
传热与阻力性能的实验研究
摘要
本文研究了一种新型的管壳式换热器一螺旋折流板换热器。传统的
弓型折流板换热器中由于壳侧的“之”字型流动,为了获得较大的换热
系数,需要以相当高的沿程压降为代价。螺旋折流板换热器通过合理布置
壳侧折流板结构,使壳侧流体呈螺旋状流动,可以在满足壳侧换热系数的
要求卜,显著地降低沿程压降,同时还具有不易结垢及防止管束振动等优
点。厂飞一
本文根据目前螺旋折流板换热器的研究现状,提出了一种交错单螺
旋布置的折流板结构,一个周期的螺旋折流板由四块四分之一的椭圆扇形
平面交错搭接组成,并给出了具体的设计方法。设计并建立了冷态的壳侧
可视化实验台及换热器传热与阻力的综合性能实验台,对交错单螺旋布置
的螺旋折流板换热器壳侧的流动、传热及阻力性能进行了实验研究。实验
介质管侧为水,壳侧为油。
像验结果表明,在相同的壳侧流量下,螺旋折流板换热器单位压降
的壳侧换热系数大于弓型折流板换热器,而且随着螺旋角的增大而增大。
同时通过实验数据整理,给出了不同螺旋角的螺旋折流板换热器的传热与
阻力无因次的准则关系式,为螺旋折流板换热器的工业应用及进一步研究
提供了参考。认
【关键词】管壳式换热器可视化传热压降
【论文类型】应用基础
西安交通大学硕士学位论文













二


















升
主要符号表
主要符号表

换热器有效换热面积,
马相邻折流板间距,
氏比定压热容,
换热管内径,
也换热管外径,
氏壳体内径,
当量直径,
玩达尔西阻力系数
、壳侧对流换热表面传热系数,
管侧对流换热表面传热系数,
螺距,
传热系数,
换热器有效长度,
如努塞尔数
换热器壳侧压降,
普朗特数
编体积流量,
气质量流量,
气管侧水吸收的热量,
壳侧油放出的热量,
凡热阻,
雷诺数
壳侧油的入口温度,℃
与壳侧油的出口温度,℃
灿管侧水的入口温度,℃
管侧水的出口温度,℃
气
对数平均温差,℃
, 流体速度,
叽壳侧油的流量的电压值,
洛程压降的申压佰
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下标
管内流体油,管外流体
平均水
希腊字母

螺旋角,“密度,
入
导热系数, 对数平均温差修正系数
几
运动粘度, 热平衡偏差
绪论
绪论
本文研究的背景及意义
换热器是炼油、化工、环保、能源、电力等工业中一种重要的单元
设备。通常在化工厂的建设中,换热器约占总投资的在炼油
厂中,换热器约占全部工艺设备投资的。世界各国围绕着高效
率、低能耗、低成本这一目标,对各类换热器进行了大量研究工作。目前
已经出现大量结构紧凑、高效的换热设备。例如波纹板换热器、板翅式
换热器、螺旋板换热器、伞板换热器等。但在化工生产中,管壳式换热器
仍占据着主导地位占我国全部换热器产量约。这是因为许多化工过
程都具有高温、高压、高真空、有腐蚀等特点,而管壳式换热器具有选材
范围广,换热表面清洗较方便,适应性强,处理能力大,能承受高温和高
压等特点,适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等场合
管壳式换热器是主要由换热管和壳体组成的一种换热设备,换热管
与管板连接,再用壳体固定,冷热流体分别在换热管内和壳体与换热管间
的空间内流过。按其结构形式主要分为固定管板式换热器、浮头式换热
器、形管式换热器、填料函式换热器、方形壳体翅片管换热器等
弓型折流板换热器是使用最普遍的一种传统的管壳式换热器。世
纪年代,基于弓型折流板换热器的结构,从改变折流板布置方式的角
度,提出了螺旋折流板换热器的思想。螺旋折流板换热器是将折流板布置
成近似的螺旋面,使换热器中的壳侧流体实现连续的螺旋状流动,以实现
有效地降低壳侧的流动阻力及强化传热的目的。年代出现了这种新型
的管壳式换热器的商业产品。目前,欧美、俄罗斯和日本等国家己在使用,
国内尚处于开发阶段
螺旋折流板换热器的提出
在管壳式换热器中,折流板在管壳式换热器中起着改变流体流动方
向和支撑管子的作用。目的是在保持一定合理的沿程压降下,提高换热效
率。传统的弓型折流板换热器中如图一,弓型折流板的作用是使
壳侧流动成为弯曲的之字形流动,流体可以垂直冲刷管束,强化换热。但
是,这种折流