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试验时,试件的管内通热水,管外空气横掠。水的进、出口温度和空气的进口温度由精密水银温度计测量,水的流量由转子流量计测量。空气的进、出口温度由布置在试验段前后流通截面上的热电偶堆测量,空气的流量由毕托管测量。在试件前后的风道上装有测压管,测量两处的静压压差,即可得到空气流动阻力。通过拟合曲线分离法得到管外换热准则关系式,采用线性回归方法可得到管外流体流动阻力准则关系式。
为了保证试验数据的可靠性,对每个工况的试验数据都要进行热平衡η的校验。如果|η|<5%,认为试验数据可靠;如果|η|≥5%, 则认为试验数据不可靠,需重新进行测试。热平衡η的计算方法如下。热流体的放热量Q1和冷流体的吸热量Q2可分别表示为:
试验时,保持管内水流量及进口水温基本不变,改变空气的流量,得到一系列工况点数据。
聊城浩泽SRZ型蒸汽换热器,是一种既适用于蒸汽系统、又适用于热水系统的空气换热器。对工作介质的要求:蒸汽(小于1.0MPa),热水(小于130度),适用场所:主要用于热风采暖、空气调节系统及干燥装置的空气加热,是热风装置中的主要设备。
GLII型蒸汽换热器,其适用介质可以为蒸汽,高温水,低温水和盐水,按标准生产,可避免受热膨胀及其它原因所造成的应力集中,整体热镀锌,耐高温、耐腐蚀。主要用于除湿,烘干系统的空气加热及大、中型采暖通风系统,或冷却空调系统的空气降温。
SRL型钢铝复合蒸汽换热气,由钢铝复合管整体轧制而成,其工作介质可以为蒸汽或热水,蒸汽的工用压力为0.3-8公斤/平方厘米,热水温度可在160-70度左右,广泛应用于工矿企业,各大型建筑的采暖通风系统中。
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翅片管的传热过程
这儿讲的“传热”不是通俗的对传热现象的一般称呼,而是一个专有名词。传热的定义是:热量从热流体经过管壁传给冷流体的过程。如下一小节的附图所示。传热过程由三个分过程组成:过程1:
热量Q(W或KW)由热流体传给管壁(管内壁),这一过程属“对流换热”,其对流换热系数为hi (W/(㎡·oC))。(此后,角标“i”代表“内部”,角标“o”代表“外部”,而角标 “w”代表管壁。),这一对流换热过程对应的温差为(Ti-Twi),此处,Ti为管内流体温度,Twi为管内壁温度。
过程2:热量Q从管子内表面传给管外表面,因为热量是在固体内部传递,这一过程叫“导热” 或“热传导”。此过程对应的温差为(Twi- Two)。
程3:热量Q从管外表面传给管外冷流体的过程。这一过程属“对流换热”,对应的温差为(Two- To), 其对流换热系数为h o . 应当指出的是,此处,Two是基管的外表面温度,因此,ho是以基管外表面积为基准的换热系数。之前讲述了翅片管外表面为基准的换热系数h 的计算。两个换热系数ho和h的换算关系:ho= h×β×η
式中,β为翅化比,即加翅片后面积扩大的倍数;η为翅片效率,是小于1的数;
提高换热器换热性能的途径传热方程是Q = KAΔt,很多研究者研究的主题方向是提高传热系数K。对强制循环空气冷却器,采取有效措施降低空气侧的传热热阻或在制冷剂侧采用选择供液方式,控制供液量,或采用传热管可明显提高传热系数。另外提高流体的流速可以增大传热系数,但流动阻力也相应增大,因此通过增大流体的流速以增强传热系数K 有一定的限度。此外增强传热可通过增加传热面积实现,但增加传热面积不应靠加大整体设备的尺寸来实现,而应从设备的自身结构来考虑。
增加传热面积总体上分为两种途径:管外表面的扩大和管内表面积的扩大。
目前管外表面积的增加主要是在管外加翅片或扩展表面即肋化表面,它是通过附加肋片扩大传热面积来减少对流换热热阻,从而达到强化传热的目的。
可通过下列途径来增大设备单位体积的有效传热面积:
①传递面采用扩展面,如在对流传热系数较小一侧的热传递表面上附加翅片、筋片、销钉等;
②增大原有热传递表面,如将表面处理成憎水性覆盖层、多孔性覆盖层、双波纹状管等
③在换热器中管子的强化方面主要是异型管的开发,从而达到增加传热面积的目的。异型管的种类包括螺旋槽纹管、横纹槽管、缩放管、波节管、旋流管、粗糙表面管、螺旋扁管。
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在翅片管和热管设计的时候,一般翅片管侧的换热和流动是被关注的重点,甚至传热系数的计算和取值也主要依赖于翅片侧的换热。这容易造成一种错觉:管内的流动和换热似乎是不怎么重要了,似乎在设计中可以不用考虑了。
事实上,这是不对的。我们既要考虑管内的流动和换热,还要保证管内的流体具有足够高的换热系数和合理的流动条件。我们要从如下问题来考虑。
一、翅片管的放置形式
是立放,横向,还是倾斜放置。如下图所示,因为只有清楚管子的放置形式才有利于看清楚理解不同情况下管内的相变过程。
二、管内流体管程的考虑
对单相流体(如水),一般应保证管内平均流速在1m/s左右,要通过合理的管程布置来调节管内的流速,所谓管程是指管内流体在换热器中走几个来回,管程数目越多,则每个管程“分摊”的管子数目越少,则管内流速就越高。如上面的附图所示,从水入口到水出口,水在管内走了六个来回,即管程数目为6。
每一个管程对应一排翅片管。对于管内流量特别小的场合,甚至可以做到每1支管或两支管作为一个管程;对于管内流量特别巨大的场合,可以选择1排或几排管作为一个管程。应当注意,对于管内为相变换热(蒸发或凝结)的场合,一般只取一个管程就可以了。
三、关于翅片管束的分组处理
关于翅片管束的分组处理,我们需要多方考虑。
分组布置的好处在于:
* 可使箱体分段加工,便于安装和运输;
* 可以安装吹灰孔和吹灰器;* 便于管束的检修和更换;
例如:若后几排管有露点腐蚀的风险,则应将其单独设为一组,便于拆检和更换。
如果在烟气的流动方向上,我们就该这样来进行设计处理,如下图所示:
四、小结
作为阶段小结,下面提出设计的几点经验,供参考:
(1)翅片管换热器和其他型式的换热器一样,设计的成功与否,50%(甚至更高)取决于经验,而经验是在工程项目设计实践中获得的。如果参与了10项以上的工程设计,算作稍有经验;参与了20项以上的工程设计,可称作比较有经验,而如果参与过30项以上的设计,则可认为是相当有经验了。
(2)成功的经验和不怎么成功的经验同等重要,若发现设备运行后,实测热负荷远远偏离设计值,就算不怎么成功,要分析原因;若发现翅片管管子的积灰,腐蚀严重,或出现其他没有预料到的情况,虽然能运行,也算不怎么成功,也应从设计上找原因;若出现问题,则属于失败的设计,因为“”具有一票否决权,更要仔细地调查分析发生的原因。
(3)为了做到设计的成功,或不出现大的失误,重要的莫过于设计前的现场调查和取证。尤其是翅片管多作为余热回收设备应用,是在主设备上“附加”的节能设备,所以,地掌握主设备的运行情况和现场的环境是至关重要的。
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