螺旋板式换热器的设计【含CAD图纸、说明书】
毕业设计(论文)任务书学院(系)机械工程学院 专业过程装备与控制工程 班级 学 生 姓 名 指导教师/职称 1. 毕业设计(论文) 题目:螺旋板式换热器的设计2.毕业设计(论文)起止时间: 年 3 月 日 年 6 月 日3.毕业设计(论文) 所需资料及原始数据(指导教师选定部分)毕业设计所需资料:钱颂文.换热器设计手册M.北京:化学工业出版社,2002史美中,王中铮.热交换器原理与设计M.南京:东南大学出版社,1989潘国昌,郭庆丰.化工设备设计M.北京:清华大学出版社,1996尾花英朗著,徐忠权译.热交换器设计手册M.北京:石油工业出版社,1982原始数据:设计要求:换热器换热面积为 20 平方米;介质 温度() 工作压力(MPa )贫油 180 165粗苯 富油进口90出口1401粗苯产量3毕业设计(论文) 应完成的主要内容1)换热器发展概述2)方案设计3)换热计算4)结构设计5)换热性能预测及分析6)壳体的有限元分析4毕业设计(论文) 的目标及具体要求毕业设计文说明书:字数不少于 1.2 万字或 1.2 万字篇幅的内容;翻译:与研究课题有关的译文不少于 3 千汉字(或 2 万印刷字符的外文原文的翻译) ;阅读与研究课题相关的有代表性的参考文献资料 15 篇以上。绘图要求:(1)总装图 1 张, (2)零件图 2 张(3)实体图6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求AutoCAD、Aspen Plus、Ansys上机 200 小时。任 务 书 批 准 日 期 年 3 月 日 教 研 室 (系 )主 任 (签 字 ) 任 务 书 下 达 日 期 年 3 月 日 指 导 教 师 (签 字 ) 完 成 任 务 日 期 年 月 日 学生(签名) 毕业设计开题报告题 目 名 称 螺旋板式换热器的设计 院 (系) 机械工程学院 专 业 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师 开题报告日期 年 4 月 19 日 螺 旋 板 式 换 热 器 的 设 计1 毕 业 论 文 题 目 来 源生产实践2 毕 业 论 文 选 题 目 的 和 意 义管壳式换热器是石油、化工、轻工、食品、冶金及动力等工业部门广泛应用的节能设备。相对水- 水管壳式换热器而言,一般壳程流体流速较低,换热热阻较大,因此增强壳程换热效果显得尤为重要。近年来,人们采用各种各样的管束支撑结构来改变壳程流体的流动形态,以求增强壳程换热。其中螺旋折流板支撑结构以其高效传热、低流阻的特点得到了人们的广泛关注。螺旋流换热器是一种利用流体的涡旋流动来强化壳程传热的换热设备。涡旋流动是流体沿一定螺旋角方向的曲线运动,因而是一种以较少能量克服流动阻力的运动方式,在换热器中采用螺旋折流板结构时,可使壳程流场与温度场实现协同而获得较高的强化传热效果。换热设备按照其功能可命名,如冷凝器、蒸发器、再热器、过热器等,按换热部件的特点可分为:管壳式换热器、翅片管式换热器、板式换热器(包括板片式换热器和板翅式换热器)。对于各型换热器的强化换热技术的研究,主要集中在对换热器内流体流态变化以及对各部件的参数优化研究两方面,而对换热器部件参数的主要研究对象就是换热管(板)排列方式(顺排或叉排)、换热管(板)排数、换热管(板)间距大小、肋片布置间距、肋片形状等。通常的研究方法包括:数值模拟计算、实验方法研究、理论研究三类 本文通过设计一种合理结构的螺旋换热器,可以大大提高换热效率,节省能耗,因此,具有明显的经济效益。是一种高效的换热元件,广泛应用于各种换热设备中,不仅可以强化传热,而且可以减少流动阻力,热效率比较高。3 阅 读 的 主 要 参 考 文 献 及 资 料 名 称【1】郭丙然最优化技术在电厂热力工程中的应用M北京:水利电力出版社,1986【2】马重芳,顾维藻& 强化传热M( 北京科学出版社)【3】张敏.唐晓初螺旋扭曲椭圆扁管的数值模拟期刊论文-制冷空调与电力机械 2011(1)【4】金晓明.高磊.张莹莹.王娜.王旭光无折流板扭曲扁管热交换器传热与流阻特性试验研究期刊论文-石油化工设备 2011(1)【5】鲍伟.马虎根.张希忠流体在螺旋管内对流换热和压降性能的数值模拟期刊论文-上海理工大学学报 2011(1)【6】于洋.朱冬生.曾力丁.邹静扭曲管强化传热性能实验研究期刊论文-化学工程 2011(2)【7】杨胜.张颂.张莉.徐宏螺旋扁管强化传热技术研究进展期刊论文-冶金能源 2010(3)【8】刘庆亮.朱冬生.杨蕾螺旋扭曲扁管换热器的研究进展与工业应用期刊论文-流体机械 2010(3)【9】马程华扭曲片管强化传热技术在SRT-型裂解炉上的应用试验期刊论文-中外能源 2010(10)【10】杨胜.张莉.徐宏.赵力伟螺旋扁管管外蒸汽冷凝双侧强化传热试验研究期刊论文-低温与超导 2010(10)【11】罗朝阳管壳式换热器强化传热技术的研究与进展期刊论文-化学工程与装备 2010(10)【12】金弋螺旋隔板换热器研究进展期刊论文-化肥设计 2009(2)【13】李安军.邢桂菊.周丽雯换热器强化传热技术的研究进展期刊论文-冶金能源 2008(1)【13】刘敏珊.宫本希.董其伍.Dong Qiwu 螺旋扁管的换热性能研究期刊论文-石油机械 2008(2)【14】刘乾.刘阳子管壳式换热器节能技术综述期刊论文-化工设备与管道 2008(5)【13】高学农.邹华春.王端阳.陆应生高扭曲比螺旋扁管的管内传热及流阻性能期刊论文-华南理工大学学报(自然科学版) 2008(11)【14】李安军.邢桂菊.周丽雯换热器各种管束支撑的结构与传热性能期刊论文-化工设备与管道 2008(2)【15】卿德藩.邹家柱螺旋扁管在油冷却器中的污垢特性实验研究期刊论文-电站系统工程 2008(2)【16】卿德藩.段小林.刘尹红扭曲扁管在蒸发器中的运行特性实验研究期刊论文-化学工程 2008(7)【17】高鹏.王晨.桑芝富螺旋扁管换热器温度串级模糊控制试验研究期刊论文-石油机械 2008(11)【18】卿德藩.邹家柱螺旋扁管冷凝器强化传热评价与应用期刊论文-流体机械 2007(1) 【19】lncropera and de Witt, Fundamentals of heat and mass transfer, Wiley ed., (1990).【20】J. F. Durastanti, Mod61isation dun systhme thermique complexe: la centrale THEK 2, Thsede doctorat de lUniversit6 de Provence, (1985).【21】Zienkiewicz and Morgan, Finite elements and approximation, Wiley ed., (1983).【22】Sedriks, A.J.: Stress corrosion cracking of stainless steels. In:Stress corrosion cracking. ASM, Materials Park (1992)【23】 1.V. Ya. Galtsov and V. M. Korotaev,AuthorsCertificateNo.370444,Otkrytiya,Izobreteniya,Promyshiennye Obraztsy,Tovarnye Znaki, No. 11 (2006).4 国 内 外 现 状 和 发 展 趋 势 与 研 究 的 主 攻 方 向 美国传热研究(Heat Transfer Research Inc.)即HTRI,是1962年发起组建的一个国际性、非赢利的合作研究机构,会员数百家,遍及全球,取得了大量的研究成果,积累了换热器设计的丰富经验,在传热机理、两相流、振动、污垢、模拟及测试技术方面作出了巨大贡献。近年来,该公司在计算机应用软件开发上发展很快,所开发的网络优化软件、各种换热器工艺设计软件计算精度准确,不仅节省了人力,提高了效率,而且提高了技术经济性能。目前国内有近20家成为HTRI会员。英国传热及流体服务中心(Heat Transfer andFluid Flow Service)即HTFS,于1967年成立,隶属于英国原子能管理局。该中心有会员数百家,长期从事传热与流体课题的研究,所积累的经验和研究成果不仅广泛用于原子能工业,而且用于一般工业。它最大特点是与各大学和企业合作,进行专门的课题研究,研究成果显着。在传热与流体计算上更精确,开发的HTFS、TASC各类换热器微机计算软件备受欢迎,国内有30多家企业成为会员。我国对某些种类的换热器已经建立了标准,形成了系列。换热器的应用广泛,日常生活中取暖用的暖气散热片、汽机装置中的航天火箭上的冷却器等,都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。他的主要功能是保证工艺过程对戒指所要求的待定温度,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器即可是一种单元设备,如加热器、冷却器等,也可是工艺设备的组成部分,如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备,根据统计,热交换热的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%,其重要性可想而知。5 主 要 研 究 内 容 、 需 重 点 研 究 的 关 键 问 题 及 解 决 路 5.1 毕业设计(论文)应完成的主要内容1)换热器发展概述2)方案设计3)换热计算4)结构设计5)换热性能预测及分析6)壳体的有限元分析5.2 毕业设计(论文)应知的研究方向5.2.1 物性模拟研究换热器传热与流体流动计算的准确性,取决于物性模拟的准确性。因此,物性模拟一直为传热界重点研究课题之一,特别是两相流物性模拟。两相流的物性基础来源于实验室实际工况的模拟,这恰恰是与实际工况差别的体现。实验室模拟实际工况很复杂,准确性主要体现与实际工况的差别。纯组分介质的物性数据基本上准确,但油气组成物的数据就与实际工况相差较大,特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。为此,要求物性模拟在实验手段上更加先进,测试的准确率更高。从而使换热器计算更精确,材料更节省。物性模拟将代表换热器的经济技术水平。5.2.2 分析设计的研究分析设计是近代发展的一门新兴学科,美国 ANSYS 软件技术一直处于国际领先技术,通过分析设计可以得到流体的流动分布场,也可以将温度场模拟出来,这无疑给流路分析法技术带来发展,同时也给常规强度计算带来更准确、更便捷的手段。在超常规强度计算中,可模拟出应力的分布图,使常规方法无法得到的计算结果能更方便、快捷、准确地得到,使换热器更加安全可靠。这一技术随着计算机应用的发展,将带来技术水平的飞跃。将会逐步取代强度试验,摆脱实验室繁重的劳动强度。5.2.3 大型化及能耗研究换热器将随装置的大型化而大型化,直径将超过 5m,传热面积将达到单位10000m2,紧凑型换热器将越来越受欢迎。板壳式换热器、折流杆换热器、板翅式换热器、板式空冷器将得到发展,振动损失将逐渐克服,高温、高压、安全、可靠的换热器结构将朝着结构简单、制造方便、重量轻发展。随着全球水资源的紧张,循环水将被新的冷却介质取代,循环将被新型、高效的空冷器所取代。保温绝热技术的发展,热量损失将减少到目前的 50以下。5.2.4 强化技术研究各种新型、高效换热器逐步取代现有常规产品。电场动力效应强化传热技术、添加物强化沸腾传热技术、通入惰性气体强化传热技术、滴状冷凝技术、微生物传热技术、磁场动力传热技术将会在新的世纪得到研究和发展。同心管换热器、高温喷流式换热器、印刷线路板换热器、穿孔板换热器、微尺度换热器、微通道换热器、流化床换热器、新能源换热器将在工业领域及其它领域得到研究和应用。5.2.5 新材料研究材料将朝着强度高、制造工艺简单、防腐效果好、重量轻的方向发展。随着稀有金属价格的下降,钛、钽、锆等稀有金属使用量将扩大,CrMo 钢材料将实现不预热和后热的方向发展。5.2.6 控制结垢及腐蚀的研究国内污垢数据基本上是 20 世纪 6070 年代从国外照搬而来。四十年来,污垢研究技术发展缓慢。随着节能、增效要求的提高,污垢研究将会受到国家的重视和投入。通过对污垢形成的机理、生长速度、影响因素的研究,预测污垢曲线,从而控制结垢,这对传热效率的提高将带来重大的突破。保证装置低能耗、长周期运行,超声防垢技术将得到大力发展。腐蚀技术的研究将会有所突破,低成本的防腐涂层特别是金属防腐镀层技术将得到发展,电化学防腐技术成为主导。 6 完 成 毕 业 设 计 所 必 备 的 工 作 条 件 及 解 决 办 法 6.1 完成毕业设计所需的工作条件: 复习大学四年所学的有关力学和过程装备及计算机等专业知识,学习有关换热器及其各个零件的加工、制造和装配知识,结合三次生产实习及实践和市场考察,充分了解与换热器有关的设计知识,通过科学的组织调研,计算分析,设计,绘图,从而把方案设想转化为设计思路及方法,可以加工为产业产品。6.2 工具书与计算机辅助设计软件: 化工设计手册和化工汉英词典、AutoCAD2007 Solidworks ANSYS 等等计算机辅助软件。七 、 工 作 的 主 要 阶 段 、 进 度 与 时 间 安 排第一周 3 月 15-21 日 选题,定毕业设计第二周 3 月 22-28 日 查找资料,外文翻译第三周 4 月 1-18 日 写开题报告第四周 4 月 19-26 日 撰写开题报告找老师修改第五周 4 月 27-30 日 螺旋换热器的设计第六周 5 月 1-6 日 螺旋换热器的设计第七周 5 月 7-14 日 螺旋换热器的设计第八周 5 月 15-20 日 学习相关软件第九周 5 月 21-25 日 做出设计方案第十周 5 月 26-30 日 绘制零件图与装备图第十一周 6 月 1-5 日 撰写毕业论文并修改第十二周 写毕业论文及修改审查八 、 指 导 教 师 审 查 意 见I毕业设计(论文)任务书学院(系) 机械工程学院 专业过程装备与控制工程 班级 学 生 姓 名 指导教师/职称 1 毕业设计(论文)题目:螺旋板式换热器的设计2毕业设计(论文)起止时间:3 月 20 日年 6 月 13 日3毕业设计(论文) 所需资料及原始数据(指导教师选定部分)毕业设计所需资料:(1)钱颂文.换热器设计手册M.北京:化学工业出版社,2002(2)史美中,王中铮.热交换器原理与设计M.南京:东南大学出版社,1989(3)潘国昌,郭庆丰.化工设备设计M.北京:清华大学出版社,1996(4)尾花英朗著,徐忠权译.热交换器设计手册M.北京:石油工业出版社,1982原始数据:设计要求:换热器换热面积为 20 平方米;介质 温度() 工作压力(MPa)贫油 180 165粗苯 富油进口90出口1401粗苯产量 8.25 吨/每天4毕业设计(论文) 应完成的主要内容II1)换热器发展概述2)方案设计3)换热计算4)结构设计5)换热性能预测及分析6)壳体的有限元分析5毕业设计(论文) 的目标及具体要求毕业设计文说明书:字数不少于 1.2 万字或 1.2 万字篇幅的内容;翻译:与研究课题有关的译文不少于 3 千汉字(或 2 万印刷字符的外文原文的翻译) ;阅读与研究课题相关的有代表性的参考文献资料 15 篇以上。绘图要求:(1)总装图 1 张, (2)零件图 4 张(3)实体图6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求AutoCAD、Aspen Plus、Ansys 上机 200 小时。任 务 书 批 准 日 期 年 3 月 20 日 教 研 室 (系 )主 任 (签 字 ) 任 务 书 下 达 日 期 年 3 月 28 日 指 导 教 师 (签 字 ) 完 成 任 务 日 期 年 月 日 学生(签名) III毕业设计开题报告 题 目 名 称 螺旋换热器的设计 院 (系) 机械工程学院 专 业 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师 开题报告日期 4螺旋换热器的设计学生: 机械工程学院(过程装备与控制工程) 指导老师: 机械工程学院1 题目来源题目来源于生产实际。2 研究目的和意义管壳式换热器是石油、化工、轻工、食品、冶金及动力等工业部门广泛应用的节能设备。相对水- 水管壳式换热器而言,一般壳程流体流速较低,换热热阻较大,因此增强壳程换热效果显得尤为重要。近年来,人们采用各种各样的管束支撑结构来改变壳程流体的流动形态,以求增强壳程换热。其中螺旋折流板支撑结构以其高效传热、低流阻的特点得到了人们的广泛关注。螺旋流换热器是一种利用流体的涡旋流动来强化壳程传热的换热设备。涡旋流动是流体沿一定螺旋角方向的曲线运动,因而是一种以较少能量克服流动阻力的运动方式,在换热器中采用螺旋折流板结构时,可使壳程流场与温度场实现协同而获得较高的强化传热效果。换热设备按照其功能可命名,如冷凝器、蒸发器、再热器、过热器等,按换热部件的特点可分为:管壳式换热器、翅片管式换热器、板式换热器(包括板片式换热器和板翅式换热器)。对于各型换热器的强化换热技术的研究,主要集中在对换热器内流体流态变化以及对各部件的参数优化研究两方面,而对换热器部件参数的主要研究对象就是换热管(板)排列方式(顺排或叉排)、换热管(板)排数、换热管(板)间距大小、肋片布置间距、肋片形状等。通常的研究方法包括:数值模拟计算、实验方法研究、理论研究三类 本文通过设计一种合理结构的螺旋换热器,可以大大提高换热效率,节省能耗,因此,具有明显的经济效益。是一种高效的换热元件,广泛应用于各种换热设备中,不仅可以强化传热,而且可以减少流动阻力,热效率比较高。3 阅读的主要参考文献及资料名称【1】郭丙然最优化技术在电厂热力工程中的应用M北京:水利电力5出版社,1986【2】马重芳,顾维藻c)overall capability of the spiral channel with ellipitic pin fins of the spiral channel with cube-shaped and diamond-shaped pin fins is lower than that of circular pin fins with the same arrangement way .As a result ,overall capability of heat transfer and flow of the speral plate heat exchjanger with elliptic pin fins superior to that of circular pin fins,and the overall 17capability number k of a/b=2.02.5 ellipitic pin fins spiral channel is the highest.Key Words spiral plate heat exchanger , heat transfer enhancement , pin fins ,dropping pressure the simulationcal numercal答辩稿,主讲人:,指导老师:,螺旋板式换热器的设计,研究课题的意义与前景,研究课题的意义螺旋板式换热器是一种利用流体的涡旋流动来强化壳程传热的换热设备。 采用螺旋板式结构,可使壳程流场与温度场实现协同而获得较高的强化传热效果。 可大大提高换热效率,节省能耗,还可以强化传热,而且能减少流动阻力,热效率比较高。,研究课题的意义与前景,研究课题的前景目前,螺旋板式换热器是能源工程项目中使用最为广泛的换热器结构形式,其属于螺旋换热器的一种。板式换热器的特点是:换热器结构牢靠,使用可靠;历史悠久,制造使用的各技术环节已达到成熟;适应性较高,使用范围大。,研究课题的意义与前景,研究课题的前景面对能源危机,在工程节能中高效节能设备的研发是重要途径,如新式换热设备的研发开发。换热器可以根据工艺过程的要求来对介质进行温度和热量控制,同是还能对余热、废热进行行之有效的回收利用甚至再生产,因此换热器在相当范围内的工业部门成为广泛使用的工艺设备。,研究课题的任务目标,一、确定设计方案本文确定的换热器是可拆式螺旋板换热器。可拆式螺旋板换热器由外壳、螺旋体、进出口管及端盖垫片密封结构等四大部分组成。螺旋体用两张平行的钢板卷制而成,具有两个彼此隔绝的供介质流动的矩形截面通道(如图所示)。,研究课题的任务目标,一、确定设计方案螺旋板结构是,它的一个通道两端全焊死,另一通道的两端全部敞开,两端面密封采用端盖加垫片的可拆结构称为型(如图所示),仅单一通道能进行机械清洗。,研究课题的任务目标,一、确定设计方案介质在螺旋板式换热器内的流动形式主要有三种:(1)两侧流体均呈螺旋形流动,热流体由换热器中心进入从里向外流动,冷流体则由螺旋板换热器的周边向里流动,如图a所示;(2)一侧流体在全焊死通道做螺旋形流动,另一侧流体则穿越敞开通道呈轴向流动,型换热器即采用该种流动形式,见图4b;(3)一侧流体呈螺旋形流动,另一侧流体是轴向流和螺旋流的组合见图c,常用于冷凝器和蒸发器。,研究课题的任务目标,一、确定设计方案通常在卷制前,会预先在钢板上接触焊若干定距柱,以使通道间隙沿螺旋长度方向保持不变这些定距柱一般成正方形或者三角形排列,且随着半径增大其间距减小,一可确保螺旋体具有足够刚度。为保证螺旋板两侧流体之间因短路造成内漏,螺旋通道端部必须进行密封,一般采用端盖垫片密封结构(如图所示)。,研究课题的任务目标,一、确定设计方案预想设计的实体图如下,研究课题的任务目标,二、结构分析1、密封结构分析:密封结构好坏,直接影响到螺旋板换热器能否正常运转。即使微小内泄漏使冷热流体相混,也会导致传热不能正常进行,因此端面密封结构的设计对螺旋板换热器来说是一个至关重要的问题。为保证螺旋板两侧流体之间因短路造成内漏,螺旋通道端部必须进行密封,采用封头垫片密封结构(如下图示)。,研究课题的任务目标,二、结构分析为保证螺旋板两侧流体之间因短路造成内漏,螺旋通道端部必须进行密封,采用封头垫片密封结构。封头通过焊接法兰,螺栓等于外壳和螺旋板相连,螺旋通道采用垫入钢条焊接密封。为了提高可拆式螺旋板换热器的耐压能力和密封性能,开发了如下图所示的椭圆形端盖结构,它将介质与大气之间的外密封和螺旋通道间介质的内密封分开解决。,研究课题的任务目标,二、结构分析椭圆形封头、筒体法兰和垫片起着防止介质向大气泄漏的作用,密封板则起着防止各圈螺旋通道内介质短路的作用。密封板外边缘通过法兰垫片压紧,设计时要保证密封板面比筒体法兰密封面低0.2mm左右,以免影响螺栓强度。对于可拆式螺旋板换热器,为保证密封板与螺旋端面的紧密贴合,需要在椭圆形端盖内中心部分焊接一定直径的钢管,钢管另一端焊有压环,压环与密封板间有一比法兰密封面低的压环垫片,这样运行过程密封板中心会受到钢管的压力,密封更可靠。(如图),研究课题的任务目标,二、结构分析2、外壳结构分析:螺旋板换热器的外壳是承受内压或外压的部件,为了提高外壳的承压能力,往往采用增加最外圈螺旋板厚度的方法。为了改善外壳与螺旋板的连接结构,提高外壳的承压能力,设计了由两半圆环组合焊接而成的圆筒作为螺旋板式换热器的外壳,具体如图所示。其中的关键零件是连接板,它一首先与螺旋体末端对接焊接,然后再与两半圆外壳焊接,有效避免了角焊缝的存在,提高了可拆式螺旋板换热器的结构可靠性。,研究课题的任务目标,二、结构分析2、外壳结构分析:螺旋板换热器的外壳是承受内压或外压的部件,为了提高外壳的承压能力,往往采用增加最外圈螺旋板厚度的方法。为了改善外壳与螺旋板的连接结构,提高外壳的承压能力,设计了由两半圆环组合焊接而成的圆筒作为螺旋板式换热器的外壳,具体如图6所示。其中的关键零件是连接板,它一首先与螺旋体末端对接焊接,然后再与两半圆外壳焊接,有效避免了角焊缝的存在,提高了可拆式螺旋板换热器的结构可靠性。 下图为螺旋板换热器的侧向接管型式,研究课题的任务目标,研究成果,实体图,研究成果,爆炸截图,研究成果,装配体爆炸运动图,设计感想,通过本次毕业设计,使我对对旋板式换热器有了充足的了解。提高了我对做此类任务的能力,加强了我作图能力,以及对各有关软件的应用能力。在完成任务过程中让我体会了到发现问题并试图解决问题的乐趣,在多次与老师和同学们的交流中让我感受到了团结、友情、互助的力量,是我在这次任务中成长,在其中得到了一句箴言-坚持就是胜利!,谢谢观赏!,一 个 具 有 新 的 传 热 特 性 的 螺 旋 翅 片 管 换 热 器摘要 在本研究中,热传递特性在干燥的表面上的一个新的在不同的热条件下换热器器,即一个螺旋翅片管换热器器。实验研究,SHI 实验段,这是一个螺旋处以管式的换热器,由一个外壳和一个螺旋线圈单元。螺旋线圈单元由四个同心螺旋盘绕管不同的直径组成,每一个通过弯曲管构成成螺旋线圈的直铜管。铝压接螺旋翅片厚度为 0.5mm,外径管周长 28.25 毫米。在鳍的边缘内径波纹。周围的空气被用作而热水用于工作流体在壳侧管侧,完成测试运行的空气质量流率介于 0.04 和 0.13 千克/秒。水流量率范围是0.2和 0.4 千克/秒。是在 40和 50之间的水温条件的影响两个工作流体流过的热热交换器的传热系数进行的研究。在长期的空气的传热系数考尔 j 数目成正比于入口水温和水的质量流率。该热交换器为提高水的质量流量往往会增加流速,也稍微增加而增加入口水的温度。 标志目录A 区域( )2mCp 比热kJ/(公斤 K)D 管直径(m)D 曲度的直径(m)Dc 卷的直径(m)f 摩擦因子F 修正系数G 量流量公斤(m2 s)H 传热系数与(m2 K)I 焓(kJ/kg)Io 修改过的贝赛尔第一种类的作用解答,定义 第一种类的 0 种I1 修改过的贝赛尔作用解答,定义 第二种类的 1 种J Colburn j 因素 Ko 修改过的贝赛尔作用解答,定义 第二种类的 0种K1 修改过的贝赛尔作用解答,定义 第二种类的 1 种K 导热性与(m K)L 管长度(m)M 质量流率(kg/s)螺线卷(m) Pr Prandtl 数字Q 热传递率(w)R 管的半径(m)Nu Nusselt数字 P 沥青关于雷诺数T 温度( C)U 总传热系数与(m2 K)V 平均速度(m/s)D 厚度(m)G 飞翅有效率是整体表面有效率L 动力粘度(Pa s)q 密度(kg/m3)e 有效率Subscriptsa 空气ave 平均b 基本的c 螺线卷f 飞翅I 里面In 在入口l 平均温差LM 日志平均温差Max 最大值min 极小值o 外部out 出口wall 墙壁表面t T 形管tot 共计w 水1 介绍由于高温传递系数和更小的空间需要在几种热传递应用和平直的管相比,弯曲的管是最用途广泛的管。一支螺线卷起的管是用于产业品种的其中一个弯曲管的知名最广的类型。对螺线卷起的管的分析和实验性地学习与应用如Dravid 等。1在层流热传递数字上调查了次要流程的作用在螺旋管在充分广阔的区域和在热量入口区域,被预言的结果是在他们重叠的范围确认了从实验获得的那些重要参数如 Patankar 等。 2在开放在摩擦因子和热传递认识到其数字和螺管的发展中的作用。从实验获得的温度为轴向地一致的热流事例以演算得到的一个等温模型。在以上提到的模型,扭力的作用和 Prandtl 数字未被考虑到。如杨和 Ebadian 等3在一个短的圆剖面螺旋管以 k-e 模型分析充分发生动荡对换热流与有限沥青面积的关系。结果在横断面上表示,当卷的沥青增加了,横截面内的温度分布是不对称的。在层流的情况下,增加普朗特数会减少扭转的了热传递。此外,我们发现其间距随着流量的增加,将增强热流传热效果。后来,林和 Ebadian 4采用标准 k-E 模型研究三维湍流发展对流换热螺旋管道有限间距,曲率比和雷诺数的影响的有效热导率和温度场,局部和平均努塞尔数进行了研究讨论。从模型得到的结果分别为在现有的实验数据吻合良好。如鑫等人5实验研究了单相和二相流的压降在环形螺旋管道。郭等人6进行实验研究蒸了汽 - 水的振荡在一个均匀的二相流螺旋加热管。研究表明,重力振荡边界上有一个小的影响。他们也提出了新的方法来消除压力下降的振荡。菊等人7弯曲半径小螺旋盘管。公式推导单相流结构的雷诺数,和获得了单相和二相流的摩擦系数。阿里8提出的压降相关性流体流经定期螺旋盘管。广义压降中相关的欧拉数,雷诺数和几何组。赵等人9研究了压力降和沸腾传热特性的水蒸汽两相流在小型卧式螺旋连续油管蒸汽发生器。研究表明,两者成核机理和连接机构重要的强制对流沸腾传热在小螺旋盘绕管的全方位系数。库马尔和 Nigam 10介绍了一种新设备在离心力的作用下,通过改变反转螺旋管的方向。得到流场和温度等数据,其特征在于使用计算流体动力学软件。结果从本研究获得的可用于模拟弯管发生的流体流动。Rennie 和 Raghavan 11进行了双重管子螺旋线热转换器的一项实验性研究。Parallelflow 与.Nusselt 进行了逆流程配置设备中得到的数据相比较比较.Cioncolini 和 Santini 12在螺线管实验学习从层流与湍流。用不同的卷直径比与管直径相比较,相互作用从中获得的摩擦因子被分析。Cui13提出了R134a 的热传递交互作用在煮沸在流程期间有螺线管讨论。Wongwises 和Polsongkram 14在光滑的螺线卷起的同心管在在蒸发期间的管热转换器里面,调查了 HFC- 134a 两相传热系数 和降压。他们在一支螺旋的同心管也使用同一个实验性设定揭露热传递和 HFC134a 降压在管热转换器中的影响15。结果从当前实验与从平直的管获得的那些比较性报告。提出了新的交互作用为蒸发与结露传热系数和降压在实际中的应用。虽然用一定数量的纸是可以得到的在螺旋管,但是它可以得到,在发现的理论和实验性调查中,描述以集中于热传递和流程的研究在一支唯一螺旋面的管或在同心双重管螺线卷,从壳和螺线被盘绕的管所制造的热转换器的热传递和流程的特征。在本研究中,主要关心的是实验性学习热传递的特征,即螺旋的热转换器的一个新型的特征,有鳍管热转换器在 drysurface 之下适应。 各种各样的相关的参量之间的关系被研究探索。在之前从未发现,现在提出实验性结果。2 实验性用具和方法图 1 显示实验性用具的一张概要图。系统的主要成份包括测试部分、热水圈、空气圈和数据收集系统。水和空气当工作流体使用。测试部分是螺旋的翅片管热转换器。在加法对圈组分,在电路上,仪器温度和所有流体的流速的测量和控制安装在首要的节点。打开类似的风洞用于模拟气流通过热转换器。通道为 300 毫米长,直径为12 m。输送管墙壁绝缘与 6.4 毫米 thickAeroflex 标准板料制成。 热转换器的进入的和退出的气温由类似的延伸在气流的空气通道里面的 T 铜康铜热电偶测量。 1 毫米直径的热电偶探头顺时针位于在不同的四个位置的同一个横断面上,60 cm 逆流热转换器入口的四个位置在 50 cm 热转换器的出口。闭环热水包括一个 0.3 m3 储存箱,一台调整控制电压的电暖气,绞拌器,并且在储存箱里面有一支冷却旋管。R22 作为冷冻剂使用为使水变冷。一台离心吹风机释放空气入通道和通过直挺器,导叶,测试部分,然后被释放给大气。直挺器的目的是避免空气的畸变离心吹风机的速度是由变换器控制的。Fig. 1 实验性用具 1 张概要图空气从管口获得,流速是一定的。在调整水的温度达到期望水平之后,热水抽到储存箱外面,通过过滤器,流量计,测试部分,然后返回到储存箱。旁路是通过过量水的循环使用回到储水箱达到最低水位的流速实验。水的流速由一支流量计测量,在 0-10 GPM 的范围。如所显示。 2.热转换器包括一根钢毛管和一个螺旋翅片管单位。螺线盘绕单位包括螺旋的有鳍的铜管四卷。每支管通过弯曲一个平直的 9.4 毫米外部直径的铜管制造的七层螺线卷。每个螺线盘绕直径分别是 115, 205, 285 和 365 毫米,铝的飞翅以 0.5 毫米和 28.25 毫米外直径的厚度在管附近安装维螺线。飞翅边缘在内在直径是波纹状的。用于本研究的螺旋翅片管为单位的相片显示在上图。3.飞翅概要图也显示在上图。4. 每卷的水的入口和出口末端到连接到水平的多头的用 28.5 毫米外面直径的管。铜-铜热电偶安装在第一,第四和第七层,从最高的层数起记每卷,其中用二对热电偶测量水温和墙壁温度。安装了热电偶显示在如图位置。2. 水温是用被在管里面的 1 毫米直径探针测量的,在水流量的测量亦如此。 热电偶在一个小孔被焊接的 0.5 毫米深入管墙壁表面,固定与特别胶浆被应用于管材外表面。以这个方法的热电偶没有由可变的温度偏心。热转换器的维度在表 1 被列出。在实验中,整体能量平衡估计所有热耗或获取的程度从中围拢。满足能量衡的数据适应; |Qw - Qa|/Qave 少于 0.05,用于分析是。变浓热转学比例,Qave,空气的热传递率、Qa 热传递率,Qw 平均热传递率。试验做了以空气和热水测试部分的不同的流速。当空气流动率,入口热水温度都保持恒定时,热水流速随的速度增加而增加。使用温度调解器控制的电暖气可以调整热水温度以达到期望水平。在所有数据被记录了之前,系统允许接近稳定。试验条件的范围在这其中测量的研究和不确定值分别在表 2 和 3 被测量。表 1 螺旋翅片管热转换器的维度参量 大小外直径管(毫米) 9.4内直径管(毫米) 8.6直径 115.0直径螺旋卷 2 (毫米) 205.5直径螺旋卷 3 (毫米) 285.0直径螺旋卷 4 (毫米) 365.0螺线簧圈节距(毫米) 16.38壳直径(毫米) 430卷轮的数字 7螺线卷的数字 4每卷之间的距离(毫米) 42壳的长度(毫米) 355进气口的孔直径 (毫米) 298飞翅的每米数值 500飞翅高度(毫米) 18.64飞翅外部直径(毫米) 28.25飞翅高度(毫米) 2飞翅厚度(毫米) 0.5表 2 试验条件可变物 范围入口空气温度 四周入口水温度(k) 313323 (4050_C)空气流量率(kg/s) 0.040.13水质量流率(kg/s) 0.200.40测量表 3 不确定性仪器 准确性(%) 不确定性(%)管口米(空气速度 m/s) 2.0 0.23 转子流量计(水质量流率 kg/s) 0.2 0.003热电偶 T 类型, 0.1 0.03 数据列表(k) 0.04湿气发射机 0.5 0.223 数据为了确定热传递典型的热转换器从被记录数据的稳定情况在每次测验运行期间,修正系数对数的方法运用于温度确定 UA。可以给空气的热传递率那是,空气流量率是入口空气的焓,是出口空气的焓。可以给的空气的热传递率那是水的质量流率,控制点,w 是水,Tw 比热,并且 Tw,分别为入口和出口水的温度。用于演算的热传递的总率从空气边和海滨平均值空气边传热系数热转换器从整体热传递关系是恒定的那总传热系数可以被确定为那对数意味温度区别为且 F 是修正系数。管边传热系数,从 Gnielinski semi-empirical 交互作用得到的 Nusselt 数字被评估16为。Prandtl 数值,Pr,被评估为可变的温度,并且被评估为墙壁温度。因素被介入原始的等式,由 Schmidt 17考虑到有形的温度的依赖性。为湍流在螺旋管摩擦因子18那是曲度,D 的直径,与卷直径 Dc 和高度,P 有关,螺线卷动力粘度,是水在绝对水温,且动力粘度,是在墙壁温度。雷诺兹数值计算从那 是水密度, 是水动力粘度, d 是螺线卷(8.6 毫米)的内直径,且 是平均速度,水的螺线卷。整体表面的有效率, ,被定义为有效热调动区域比与变浓热调动区域,可以被飞翅有效率 、飞翅表面 总表面积, ,如以下:在 中, 是基本的区域。飞翅有效率 ,取决于提议的方法。19如下是从管的中心的到飞翅表面的距离,是从管的中心的到飞翅内侧的距离,是第一种类,修改过的贝赛尔作用解答,0,是第一种类,修改过的贝赛尔作用解答,1,是第二种类,修改过的贝赛尔作用解答,0,是第二种类,修改过的贝赛尔作用解答,1,是从 其中 是飞翅厚度和 是飞翅的导热性。要获得空气的传热系数, ,一个是解决 。 (4)(12). 热转换器的空气的传递特征如下被提出用 Colburn j 因素如:用于有效率评估螺线卷起的热转换器的效果:4 结果和讨论图 5 在显示水温和管墙壁温度在不同的位置在和 在上图显示的卷数字,用于辨认被考虑的卷,即卷第 1 和 4 代表,各自最内层的卷和最外层的卷。水和管墙壁温度被测量在每卷的最高的层数(层数 1)和最低的层数(层数 7)。 热水进入最最低的层数被分离到每卷,沿每卷流动并且流动在最高的层数(层数 1)。空气进入热转换器在壳的上面和中心并且横跨流动在水轴向地流动在热转换器之前在排气口部分,在热转换器的底部。,水温和管墙壁温度总高于预计的同一个位置。在热水流程期间中沿每卷从更低的层数到上层,热水将逐渐转移到空气,导致水和管墙壁温度减退在上层。图 6 显示水温和管墙壁 在层数每螺线卷、 和 = 0.085 kg/s 为另外入口水温 42, 。 它能清楚地被看见水温和管墙壁温度在每卷增加以在入口水温的增量。 他们从内在卷逐渐也减少到外面卷。图 7 显示水温和管墙壁温度在层数每螺线卷 1 的 Tw,在为 0.33, 0.37 kg/s.的水质量流率。应该注意到它,当入口水温,入口气温,空气流量率是常数,并且管墙壁温度以最低水位质量流率相比。图 5 水温的变化和管围住温度在层数 1 和层数 7 数值图 6 水温和管墙壁温度的变化在层数 1 以卷数为不同的入口水温度图 7 水温和管墙壁温度的变化在层数 1 以卷数化为水质量流率图 8 显示水温和管墙壁温度在层数每螺线卷 1 在 Tw,在, 0.071, 0.11 kg/s.的另外空气流量率。 随着空气流量率的增加,水温和管墙壁温度倾向于减少。 然而,它能被看见空气流量率的作用在水温和管墙壁温度是非常低的。图 9 显示出口气温的变化以空气流量率为 Ta,在为入口水温 40,45, 。 在具体入口气温,入口水温,浇灌质量流率和结果得到。 8 空气流量率影响水温,保持热传递率单程与水边相等,当增加时空气流量率是通过减少出口气温。所以,它能清楚地被看见为特定水质量流率、入口水温和入口气温,出口气温倾向于减少以质量流率。另外,以平静的空气质量流率,出口气温在更高的入口水温那横跨空气流量率的范围。图 10 显示在出口气温和空气流量率之间 Ta,在= 32 C, Tw,在= 50 C 为 0.21, 0.25, 0.29, 0.33, 0.37 kg/s.的另外的水质量流率。以平静空气质量流率,出口气温,以水位高质量流率横跨空气流量率。当空气流量率在 Ta,另外入口水温 40, 45, 50 C.,图 11 在出口水温显示的变化。 在上这个图显示的结果对应与那些在数值。 4. 出口水温倾向于轻微地减少在空气流量率的增量。图 8 水的温度和管壁温度的变化在第一层线圈数不同的空气质量流率图 9 出口空气的温度与空气质量流率的变化针对不同的入口水温图 10 出口空气的温度与空气质量流量的变化在不同的水的质量流率图 11 出口水温的变化与空气质量流率在不同的入口水温图 12 与空气质量流量的平均传热率的变化在不同的水的质量流率率图 12 在= 32 C, Tw 显示平均热传递率被反对空气流量率 Ta,在= 45 C 为 0.21, 0.25, 0.29, 0.33, 0.37 kg/s.的水质量流率。热传递率与空气流量率和水质量流率地比例。水质量流率的在热传递率能清楚地看到的更高的空气流量率。图 13 管侧的传热系数与水的变化质量流率不同的入口的水的温度图 13 显示的平均管侧的变化传热系数计算出来的数据获得的与水的质量流率在本实验中各种进水温度。正如预期的那样,随平管侧的传热系数的增大而增加的水的质量流率。在一个给定的水的质量流率,平均管侧的热传递系数较高的高于较低的进口水温。此外,我们的实验结果表明,管侧传热的空气质量流率的影响系数。图 14 与空气的空气侧的传热系数的变化质量流率不同的入口的水的温度图 15 与空气的空气侧的传热系数的变化得不同的水的质量流率的质量流量图 14 和 15 示为不同的空气质量流率的传热系数与入口的水的温度和水的质量流率外端的变化,外侧的传热系数迅速地增加与空气的质量流率。入口的水的温度和水的质量流率,显示出显着的作用,对外侧的传热系数。图 16,17 和 18 显示科尔伯恩 j 数与空气侧雷诺兹数。空气侧的雷诺数计算,REA = qaVaD 的/拉 QA 为空气的密度,la 是空气的动力粘度。两密度和动态粘度的基础上,测得正确的空气温度。 D 是入口部分的热交换器的直径(D = 0.298 米)。 Va 是流动的空气的热量通过入口交换率的平均速度。如图所示,科尔伯恩 因素随空气侧的雷诺数的增加水侧的雷诺数。从图中观察到的水的质量流量和进水温度有重大影响的特点。从该图可以看出,由于空气雷诺数的增加,所有的曲线变得平坦并倾向于接近一个特定的科尔伯恩 j 数。图 16 科尔伯恩因素变化与空气侧雷诺兹数不同的入口水温图 17 科尔伯恩因素的变化与空气侧雷诺兹不同的入口水温图 18 科尔伯恩因素变化与空气侧雷诺兹不同的水的质量流率数图 19 热交换器的变化与空气侧的有效性雷诺数得到的不同的入口的水的温度图 20 热交换器的变化与空气侧的有效性雷诺数得到的不同的水的质量流率图 19,20 显示的空气侧雷诺数的有效性变化。用于估计螺旋换热器的性能是由式确定。(15)。在本研究中使用,在整个范围内的水的质量流量和气团的流速,热容量率,水(MCP)w 是一般高于空气(MCP)。因此,热水的容积率是最低的容量率(MCP)式中的最小值。 (15)。可以清楚地看到,随这个数字的有效性降低,而增加空气侧雷诺数。在一个给定的空气侧的雷诺数,较高的进水温度,水的质量和较高的流速往往导致有效性增加。然而,可以注意到,在一个特定的空气侧雷诺数值,有效性的差异变得相对入口的水的温度较之升高。5 结论本文介绍了一种新型的热传递换热器,即一个螺旋翅片管换热器。热交换器由四个螺旋盘绕翅片铜管,每一个有七个回合。铝周围的铜螺旋卷曲翅片放置管中。相对的有关的实验条件,给出如下结论:管侧空气质量流率没有影响传热系数。入口水温和水的质量流率显示出的效果,如输出侧传热系数。科尔伯恩 j 数和效益是成反比,与空气侧雷诺数成比例,而是水的质量流量和进水温度成正比的。致谢作者 我想表达自己的感谢,为泰国研究基金会(TRF)提供财务支持这项研究。作者希望 Jittaphoom 先生 Inphiban 他们协助 Panaphot Youngsuk 先生在此工作。参考文献1. 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