对流传热过程强化与能耗分析.pdfVIP

第29卷第10期 Vol.29No.10 2006年 10月 Oct. 2006 对流传热过程强化与能耗分析 顾春雷，于奕峰，袁中凯，任少锋，吕海军，杜恪听 （河北科技大学化学与制药工程学院，河北 石家庄 050018） [摘 要]为了强化对流传热，工程上普遍采用提高流体流速和改变管路流体力学特性的方法，但在强化传热的同时，增加了 能耗。通过实验分析了流体流速对光滑直管和螺旋槽管传热效果的影响，得到了滞流区和湍流区的传热关系式和阻力与流速的 函数关系式。通过对比相同流速下光滑直管和螺旋槽管强化比与阻力的情况，得到了两种流型下强化比以及阻力与流速的关系 式，为工程设计和生产操作提供了理论参考。 [关键词]对流传热；换热器；能耗；滞流；湍流 [中图分类号]TQ021.3 [文献标识码]A [文章编号]1003-5095(2006）10-0043-03 传热是化工重要的单元操作之一，传热设备在过 得到空气对流传热系数 α后根据式（3）分别计 程工业中设备投资占很大比例，甚至高达50%以上， 算出努赛尔准数Nu和雷诺准数Re。对空气而言普兰 热能的合理高效利用对降低生产成本具有重要意义。 特准数Pr值为0.7保持不变。 为了强化对流换热,采取了各种方法，可以分为提高 Nu= Re （3） 流体流速和改变传热通道流体力学特性。工程上广泛 应用带有各种几何结构的流动通道，如波纹通道、百 空气被加热时n＝0.4，通过实验数据拟和可以 叶窗翅片、切开翅片等。 虽然目前广泛采用的切开 确定出传热准数关系式（4）中的C和m。 翅片如offsetstrip、louvered等比波纹翅片具有 Nu m n ＝CRePr B （4） 更高的换热系数,常被目前各行业中的换热器翅片 [1,2] 及管道设计所采用 。采取措施在传热强化的同时， 强化比为相同流速下光滑管和螺旋槽管努赛尔 能耗增加，所以需要权衡传热效果强化比与能耗增加 准数的比值[3,4]。 的利弊。 1.2 实验装置 本文分别考察流体流速对光滑直管换热器和螺 旋槽管换热器传热强化效果和能耗影响，对比两种换 热管传热强化比和能耗影响，以期得到传热强化效果 与能耗变化规律。 1 实验部分 1.1 实验原理 不计热损失，单位时间传输的热量等于空气吸收 的热量，根据传热速率方程和热量衡算： （1） 图1空气对流传热系数测定实验装置示意图 在蒸汽冷凝加热空气的传热过程中热阻主要集 由图1可知，传热实验装置由两个套管换热器组 中在空气一侧，总传热系数K约等于空气对流传热系数 α， 成，换热管分别为光滑管和螺旋槽管。换热介质为空 从而得到空气对流传热系数计算式： 气和水蒸气。空气由风机输出，经涡街流量计送入套 管换热器。空气的进出口温度由铂电阻温度计测定。 （2） 空气的表压和压力降由单杯压差计测定。蒸汽由蒸汽 [收稿日期]2006-07-28