热热虹吸换热组件传热性能试验研究.docVIP

编号：热3021 热虹吸换热组件传热性能的试验研究 靳明聪 重庆大学热工教研室 中国工程热物理学会 第一届热管会议 传热传质学会 一九八三年八月 热虹吸换热组件传热性能的试验研究 重庆大学热工教研室 靳明聪 摘 要 本文介绍了排气组合式热虹吸换热器。对其换热组件进行了传热性能、充液量和负荷不均匀程度对正常工作影响的试验研究。结果表明：组件不仅具有单支热虹吸管的优良性能，而且有较强的自动均载能力。组件输热量大，内阻随充液量的增多而加大。组件存在“迁移极限”，它与充液量有关。 符号： di 钢管内径，cm； Fc，Fecm2； l 有效充液高度，cm lc，lecm L 充液高度 Q1，Q2 Qe 组件加热段有效传热量，W Qmax，Qminqc ，q e 组件冷却段，加热段径向热流密度，W/cm2 teo 组件加热段外壁平均温度，℃ tei 组件加热段内壁平均高度 tco 组件冷却段外壁平均温度 tci 组件冷却段内壁平均温度 Ri 组件内阻 ℃/W V1 组件下联管容积 V 组件总充液量 组件的最大负荷平均度 引言 由于废热存在的普遍性及低品位性，致使利用余热的换热器必须具有热回收率高，结构简单，成本低廉，易于推广等特点，碳钢—水热虹吸式热管换热器从结构原理上能满足以上基本要求，但是碳钢—水的化学不相容性问题须待解决。围绕克服碳钢—水化学不相容性的障碍，国内外研究者进行过不少工作，归纳起来大多按以下办法：或是物理处理法，在钢管内壁进行喷镀或电镀铜，也可使用钢铜复合管，避免碳钢与水直接接触；或是化学处理法，对钢管内壁进行予处理及在水中加入缓蚀剂，延缓钢管内表面腐蚀。这两种方法国内虽然已有成功使用的例子，但实施起来工艺较为复杂，而且处理效果是否能在长期运行中保持，尚须证实，再则，单支热管的制造技术要求高，首先必须要有高度气密性，其次必须予先建立真空，管内清洗过程要求也很严格，这整套工艺过程将使换热器造价至少提高20%。针对这一情况，我们根据既要保持热管工作的优良特性，又要甩掉单支热管密封容器的技术要求，还要免除不相容性的后顾之忧，得到事后，简单，运行，高于管液的，构思了碳钢—水排气组合热虹吸换热器，它具有排气装置的热虹吸换热组件组合而成，如图1所示，其中，每个组件的基本部分是若干支带肋片的钢管，它们两端均焊接于连通管上，使其上、下彼此相通。上联管中部装有排气装置及进水阀，下联管与排液阀相连。中间隔板将烟气与空气分隔开。该型换热器的特点是： 1、具有一般热管换热器的主要优点，结构紧凑，阻力小。 2、组件具有较强的自动均载能力，能在沿流道加热或冷却不均的条件下，正常工作。 3、定制按需要排放不凝性气体，解除不相容性的后顾之忧。 4、制造简单，壳材采用碳钢，工作使用水，不作气密性检查，也不用抽真空。制造工艺与一般热管换热器相比大大简化，凡能制造承压容器的厂家均能生产。制造成本将比一般热管换热器大幅度降低，更加易于普及。 为了对该型换热器增强感性认识及对工业试验装置提供设计依据，我们研制了碳钢—水排气热虹换热组件，对四管组件的传热性能，充液量与负荷不均匀程度对其正常工作的影响，进行了试验研究。以下将报告试验研究结果。 试验装置 试验用碳钢—水排气热虹吸换热组件，由4根φ25×2.5×750mm的无缝钢管组成。每根管子上端（冷却段）套装有50片φ25×1mm的翅片，其间距为6mm，下端（加热段）无翅片，4管上、下管口分别焊于φ38×4×350mm的联管上，形成一上下连通的组件（工作时，4管汽室，液室各自相通）。组件上联管中部装有排气装置，左上侧有进水管与上联管相通，下联管右下侧有排液管与下联管相连。φ6×1.5×3mm的紫铜管3支，2支经上联管插入组件1、3管冷却段250mm深处，1支经上联管左端插入上联管160mm深处，供测量蒸汽温度用。 采用电加热法。电热丝用玻纤管良好绝缘后，均匀密绕在组件加热段外管壁上，外部用耐火棉及石棉绝热。为便于测温，石棉层外表面用紫铜包裹。电源经自动调压器、电子交流稳压器、调压器引入，加热功率用0.5级电流、电压表测量。 冷介质为空气。把组件置于风道中，空气被风机抽吸引入风道，操作组件冷却段，风道试验段前装有测速仪，温度计，试验段前右装有微压计测组件压降。 标准的镍铬—镍硅热电偶48对，点焊在各测温点收，以测量组件加热段钢管外表面温度（12对热偶，每单管3对），冷却段钢管外表面温度（24对热偶，每管6对）和绝热层外壳温度（12对热偶，每管3对）。标准镍铬—镍硅铠装热电偶3支，插入紫铜套管中测量蒸汽温度。组件外形如图2所示，热电偶热电势用0.02级电位差计测量，室温，风温用标准玻管温度计测量。热电势测试台示于图3中，从图4中可以看出组件与风道的装配情况。组件试验装置