曲面弓形折流板换热器实验试样和测试系统的研制.pdfVIP

曲面弓形折流板换热器实验试样和测试系统的研制 黄志国 戴凌汉 金广林 (北京化工大学机电工程学院，北京，100029) 【摘 要】 通过对一种已申请专利的新型曲面弓形折流板换热器的研究，设计和制造了可进行不同结 构形式对比实验的换热器试样。该试样采用了可拆换管束的结构形式，壳体材料选用了透 明的有机玻璃，使整个实验可视化。针对此实验试样，设计和制作了与实验试样配套的管 路系统与测试系统，并安装了测量压力、温度、流量和流场的传感器。通过此实验试样， 可以为新型曲面弓形折流板换热器的结构设计和性能进行实验评估。 【关键词】 曲面折流板；换热器；流体测试系统；数据采集 了成本又能保证两套设备在其他尺寸上的一致性。整个 0 引言 实验在过程设备与控制多功能综合实验台口1上进行。 此实验用换热器的壳程设计压力为o．2MPa，管程 曲面弓形折流板换热器是由北京化工大学钱才富等 设计压力为1MPa。由于其整体结构尺寸受实验台限 人提出的专利技术[1]，结构示意图如图1所示。它巧妙 地利用流场特性，采用曲面状弓形折流板(凸面面向来 有机玻璃作为壳体。有机玻璃的抗拉强度为55MPa， 流方向)，使被导流后的壳程流体流线趋于光滑，且和 抗压强度为130MPa，通过计算壳体满足壳程设计压 两曲面状弓形折流板之间的流道一致，从而明显改善壳 力。有机玻璃部件间的连接采用粘接方式，这种方式的 程流体的流场分布。 连接强度近似于有机玻璃强度，可满足使用要求。换热 器整体长度为1230mm，两侧封头和其他部件均采用不 2 7 8 锈钢材料，通过计算经圆整后为4mm[3]。 1．2换热面积的确定 该浮头式换热器为双管程，换热管排列方式选择为 四方形排列，共22根，在水平方向间距为22mm，竖? 直方向间距为14mm，如图2所示，这样排列的目的是 图1 曲面弓形折流板换热器结构示意图 对曲面弓形折流板换热器的研究包含实验研究和数 值模拟，并与平面折流板换热器进行比较。本文是其中 一部分，主要是设计实验试样和测试系统，为后续的流 场分析、压力降和传热系数的测定做准备。 1 实验试样的结构设计 1．1总体结构设计 为方便测量数据，整个装置采用两种材料，壳体采 用有机玻璃，管束采用不锈钢，在换热器运行时使热水 走管程，冷水走壳程，这样既不影响换热器的运行使 用，又可以使整个实验可视化。为便于分析比较，曲面 折流板换热器和平面折流板换热器试样采用相同的外形 尺寸。同时为了方便管束的拆换，并降低由于管程和壳 程材料不同而产生的温差应力，采用浮头式换热器的结 构形式。这样就可以只制作一套有机玻璃壳体，既节省 图2 曲面弓形折流板换热器布管图 ·394· 便于测速搡针由竖直方向碌^漉场，以便迎着来漉方向 进行压力和速度的测量。换热昔选择≠lOmmxlmm的2实验试样的倒造 不锈钢管，经计算换热面积为O．548甜。 {3密封结构和霉部件设计 有机玻璃法兰经车削加工后钻孔，熊后用有机玻璃专 筒体与两侧封头的连接采用法兰连接，固定端采用 用腔牯接到有机玻璃壳捧圆筒上，其整体结构如图5所示。 长颈凹面苦兰，浮头端采用甲型口面法兰和勾圜法兰密