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改变流道截面形状强化换热法

作者:qiqi      日期:2012-04-02      点击数:
1.层流工况和过渡工况
        流动截面形状对换热和阻力有很大的影响,特别是对层流工况而言。试验证明,当管道长度较长及雷诺数Re较小时,换热的Nu,数实际上与雷诺数Re无关。下表列出了各种不同截面的流道中最小的Nu,数及阻力系数ζ的值。
层流时不同截面形状的Nu
层流时不同截面形状的Nu数       
        从上表中可以看出,合适高度比的矩形截面的换热比三角形截面和圆形截面要高得多,以锅炉中的回转式空气预热器为例,由波纹板和平板可组成不同形状的流道,如三角形和近似矩形。计算表明在传递相同的热量时,三角形流道将比矩形流道的换热器长18%,而流动阻力矩形流道比三角形流道要低30%。
        对一般圆管和矩形截面而言,在管道中温度条件相同时,采用矩形管道也能增加换热系数,但与此同时流动阻力会急剧增加。
        在由层流向湍流过渡的过渡区中管道截面形状对换热也有较大的影响。例如在具有槽形截面通道的板式换热器中改用波纹板可以显著提高换热系数。
2.湍流工况
(1)横槽纹管。
        湍流工况时为改变管子的流道截面情况,应用最广的是所谓横槽纹管。它是由普通圆管滚轧而成。流体流过横槽纹管会形成漩涡和强烈的扰动,从而强化了传热。强化的效果取决于节距p,和横槽纹的突出高度h之比。实际应用中p/h≤ 10。与前述的螺旋槽管相比,由于横槽纹管的漩涡主要在管壁处形成,对流体主流的影响较小,所以其流动阻力比相同节距与槽深的螺旋管小。
        谭盈科等对p/d=0.5,h/d = 0.03的横槽纹管的测定表明,当工质为空气时,Re =3.4×104。横槽纹管可比普通光管的换热系数提高1.7倍,阻力增加2.2倍;如工质为水,Re=4000,换热系数可提高1.4倍,阻力增加1.7倍。当流体纵向冲刷环形槽道时,为了强化传热可在管内采用横槽纹管,这样内外流体都能得到强化。
(2)扩张一收缩管。
        流体沿流动方向依次交替流过收缩段和扩张段。流体在扩张段中产生强烈的漩涡被流体带人收缩段时得到了有效的利用,且收缩段内流速增高会使流体层流底层变薄,这些都有利于增强传热。
        扩缩管的性能取决于Ɩ1、Ɩ2、 h.、Ɩβ1、β2几等参数。一般扩缩管中扩张段和收缩段的角度应使流体产生不稳定的分离现象,从而有利于传热,而流动阻力却增加不多。扩缩管是一种很有前途的强化传热管,特别是对污染的流体,扩缩管不易产生堵塞现象。
        对于非圆形槽道亦可利用扩缩管的原理使流道扩缩,如在两块平板间加人两块带锯齿表面的板,就可构成扩缩槽道。

(责任编辑:qiqi)

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