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窄扁管水—水换热器流动与传热特性研究

王刚  
【摘要】: 水—水换热器广泛应用于现代工业,现阶段普遍应用的两种换热器是管壳式换热器和板式换热器。管壳式换热器承压能力高,但换热效率低;板式换热器换热效率高,但承压能力低,并且制造工艺复杂,造价高。本论文设计并制造一台高效水—水换热器,用扁换热管代替圆换热管,使之兼有两种换热器的优点。为了便于对比,同时设计制造了一台传统管壳式换热器。 本文采用单相水为工质,对扁管壳式换热器进行了大量的实验研究,分析管程流量,壳程流量等因素对其传热和阻力性能的影响。在相同的工况下对传统圆管壳式换热器进行了同样的实验,与扁管壳式换热器进行对比。对扁管壳式换热器各工况下传热与流动特性分析得知,管内雷诺数在4000~ 25000范围内,随着雷诺数升高,换热量增大,管内换热系数提高。同时,管程阻力增大,且增大倍数比换热系数大,致使管程综合性能下降。对管外流动阻力分析时,重点分析了管束与折流板造成的阻力,并拟合壳程压降的关联式。在固定管程体积流量和热水入口温度的实验条件下,随着热水流量的升高,总传热系数增幅呈减小趋势。 两种换热器的对比实验研究结果表明:新型扁管壳式换热器具有单位体积换热量大,换热系数高的优点。本实验范围内,在固定壳程体积流量和热水入口温度60℃的实验条件下,扁管壳式换热器与圆管壳式换热器相比,单位体积换热量提高了23%~48%。同时管程阻力压降升高76%~90%,壳程阻力压降降低77%。 实验研究表明:扁管壳式换热器有单位换热量高,传热系数大,壳程阻力小等优点,具有良好的发展前景。


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