等邊三角形道2單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化技術(shù)課件

第一章強(qiáng)化管內(nèi)單相流體強(qiáng)制對流換熱§1.1概述第一章強(qiáng)化管內(nèi)單相流體強(qiáng)制對流換熱§1.1概述1.單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱實(shí)驗關(guān)聯(lián)式（1）圓形管道截面管內(nèi)層流換熱管內(nèi)湍流換熱管內(nèi)過渡流流態(tài)換熱1.單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱實(shí)驗關(guān)聯(lián)式（1）圓形管道截面管2（2）槽道（3）等邊三角形道（2）槽道（3）等邊三角形道2.單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化技術(shù)（1）層流流動時※改變流體的流態(tài)2.單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化技術(shù)（1）層流流動時※改（2）湍流流動時※減薄層流底層厚度（2）湍流流動時※減薄層流底層厚度§1.2層流時管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化1.改變管道形狀§1.2層流時管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化1.改變管道形狀例子：回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量大、工況良好時為6%~8%，密封不良時為20%~30%。另外回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝和安裝要求高、運(yùn)行維護(hù)工作量大，熱態(tài)自動控制也較為困難。結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、換熱面密度高、整機(jī)質(zhì)量輕、金屬耗用量少、利于安裝布置、低溫腐蝕較管式換熱器輕等特點(diǎn)，適于在大型鍋爐上使用。例子：回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量大、工況良好時為條件：矩形通道的高度比a/b=1/5，三角形通道截面形狀為頂角為40度的等腰三角形。比較結(jié)果：矩形通道換熱器的摩擦阻力損失比三角形通道低

30%，而換熱面長度比三角形通道短18%。條件：矩形通道的高度比a/b=1/5，比較結(jié)果：矩形通道換熱在管子數(shù)目相同、工質(zhì)流量及管道橫截面周界均給定的條件下，圓管的流通橫截面積最大，矩形的最小，而流速恰好相反；在各管道中溫度條件相同時，矩形管道能增加換熱系數(shù)，但同時阻力也劇增。動力消耗、制造工藝、強(qiáng)度、換熱面污染度等在管子數(shù)目相同、工質(zhì)流量及管道橫截面周界均給定的條2.改善邊界層中換熱工況（1）換熱器長通道分隔成多個短通道2.改善邊界層中換熱工況（1）換熱器長通道分隔成多個短通道10（2）管內(nèi)插入物技術(shù)①紐帶原理：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動和二次流，在離心力作用下使中心流體同壁面邊界層流體充分混合，減薄邊界層（2）管內(nèi)插入物技術(shù)①紐帶原理：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動和二次流，在離心②螺旋線圈※內(nèi)插螺旋線圈強(qiáng)化層流區(qū)換熱，換熱系數(shù)可提高3.5倍②螺旋線圈※內(nèi)插螺旋線圈強(qiáng)化層流區(qū)換熱，換熱系數(shù)可提高3.③繞花絲內(nèi)插物——由幾組相同的線圈環(huán)繞同一中心軸線扭轉(zhuǎn)而成，形成一種多孔體，流體分子微團(tuán)，其在傳熱和流動方向上不斷做復(fù)雜的三維宏觀混合?！鶑浬⑿?yīng)：多孔體的彌散效應(yīng)可以使流體在低流速下轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，產(chǎn)生與渦流相似的效果，令流體內(nèi)部溫度分布均勻，從而增大壁面附近溫度梯度，使換熱增強(qiáng)。③繞花絲內(nèi)插物——由幾組相同的線圈環(huán)繞同一中心軸線扭轉(zhuǎn)而成，（3）增加粗糙度當(dāng)管壁粗糙度較小時，粗糙度對換熱和阻力沒有影響當(dāng)管壁粗糙度較大時，流體在粗糙度處形成渦流，對換熱和阻力有影響但管壁粗糙度過高，對層流時的對流換熱并不有利（3）增加粗糙度當(dāng)管壁粗糙度較小時，粗糙度對換熱和阻力沒有影14※砂粒型粗糙管較難加工※砂粒型粗糙管較難加工（4）扭曲橢圓管縱向旋轉(zhuǎn)和二次流管內(nèi)阻力增加不大（4）扭曲橢圓管縱向旋轉(zhuǎn)和二次流2022/11/2417§1.3過渡區(qū)時管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化1.管道截面形狀非圓形管道正規(guī)過渡區(qū)非正規(guī)過渡區(qū)——有角的管道——無角的管道2022/11/2217§1.3過渡區(qū)時管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)2022/11/2418（1）正規(guī)過渡區(qū)——等腰三角形管道管道大部分出現(xiàn)紊流，而在角上存在層流工況。

※Re增大，角上層流區(qū)減小

※在當(dāng)量直徑相同時，頂角減小，管道阻力和換熱強(qiáng)度都成比例下降2022/11/2218（1）正規(guī)過渡區(qū)——等腰三角形管道管2022/11/2419（2）正規(guī)過渡區(qū)——波形換熱板※當(dāng)單位換熱面積流動阻力相同時，采用波形板結(jié)構(gòu)換熱量比光板結(jié)構(gòu)增加40-50%。2022/11/2219（2）正規(guī)過渡區(qū)——波形換熱板※當(dāng)單2022/11/2420（3）正規(guī)過渡區(qū)——新型不銹鋼多層波形管壁厚為0.4-0.5mm的特種不銹鋼板材滾壓成不同規(guī)格的圓形薄壁光管將焊縫錯開套裝成多層薄壁圓形光管利用特殊工藝漲波凸起成型2022/11/2220（3）正規(guī)過渡區(qū)——新型不銹鋼多層波2022/11/2421直徑段速度降低、靜壓增大弧形段速度增加、靜壓減小周期性變化※軸向伸縮能力較強(qiáng)，減小溫差應(yīng)力，能適應(yīng)較大的溫度變化2022/11/2221直徑段速度降低、靜壓增大弧形段速度增2022/11/2422通道高度下降減小進(jìn)口擾動，推遲層流向紊流過渡，通道易堵可以布置更多換熱面，單位體積換熱強(qiáng)度增強(qiáng)，可減小換熱器體積※從多方面綜合考慮2022/11/2222通道高度下降減小進(jìn)口擾動，推遲層流向2022/11/24232.管壁人工粗糙度（1）Re的影響2022/11/22232.管壁人工粗糙度（1）Re的影響2022/11/2424（2）對Rec的影響（3）粗糙度大小的影響2022/11/2224（2）對Rec的影響（3）粗糙度大小第一章強(qiáng)化管內(nèi)單相流體強(qiáng)制對流換熱§1.1概述第一章強(qiáng)化管內(nèi)單相流體強(qiáng)制對流換熱§1.1概述1.單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱實(shí)驗關(guān)聯(lián)式（1）圓形管道截面管內(nèi)層流換熱管內(nèi)湍流換熱管內(nèi)過渡流流態(tài)換熱1.單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱實(shí)驗關(guān)聯(lián)式（1）圓形管道截面管26（2）槽道（3）等邊三角形道（2）槽道（3）等邊三角形道2.單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化技術(shù)（1）層流流動時※改變流體的流態(tài)2.單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化技術(shù)（1）層流流動時※改（2）湍流流動時※減薄層流底層厚度（2）湍流流動時※減薄層流底層厚度§1.2層流時管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化1.改變管道形狀§1.2層流時管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化1.改變管道形狀例子：回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量大、工況良好時為6%~8%，密封不良時為20%~30%。另外回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝和安裝要求高、運(yùn)行維護(hù)工作量大，熱態(tài)自動控制也較為困難。結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、換熱面密度高、整機(jī)質(zhì)量輕、金屬耗用量少、利于安裝布置、低溫腐蝕較管式換熱器輕等特點(diǎn)，適于在大型鍋爐上使用。例子：回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量大、工況良好時為條件：矩形通道的高度比a/b=1/5，三角形通道截面形狀為頂角為40度的等腰三角形。比較結(jié)果：矩形通道換熱器的摩擦阻力損失比三角形通道低

30%，而換熱面長度比三角形通道短18%。條件：矩形通道的高度比a/b=1/5，比較結(jié)果：矩形通道換熱在管子數(shù)目相同、工質(zhì)流量及管道橫截面周界均給定的條件下，圓管的流通橫截面積最大，矩形的最小，而流速恰好相反；在各管道中溫度條件相同時，矩形管道能增加換熱系數(shù)，但同時阻力也劇增。動力消耗、制造工藝、強(qiáng)度、換熱面污染度等在管子數(shù)目相同、工質(zhì)流量及管道橫截面周界均給定的條2.改善邊界層中換熱工況（1）換熱器長通道分隔成多個短通道2.改善邊界層中換熱工況（1）換熱器長通道分隔成多個短通道34（2）管內(nèi)插入物技術(shù)①紐帶原理：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動和二次流，在離心力作用下使中心流體同壁面邊界層流體充分混合，減薄邊界層（2）管內(nèi)插入物技術(shù)①紐帶原理：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動和二次流，在離心②螺旋線圈※內(nèi)插螺旋線圈強(qiáng)化層流區(qū)換熱，換熱系數(shù)可提高3.5倍②螺旋線圈※內(nèi)插螺旋線圈強(qiáng)化層流區(qū)換熱，換熱系數(shù)可提高3.③繞花絲內(nèi)插物——由幾組相同的線圈環(huán)繞同一中心軸線扭轉(zhuǎn)而成，形成一種多孔體，流體分子微團(tuán)，其在傳熱和流動方向上不斷做復(fù)雜的三維宏觀混合。※彌散效應(yīng)：多孔體的彌散效應(yīng)可以使流體在低流速下轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，產(chǎn)生與渦流相似的效果，令流體內(nèi)部溫度分布均勻，從而增大壁面附近溫度梯度，使換熱增強(qiáng)。③繞花絲內(nèi)插物——由幾組相同的線圈環(huán)繞同一中心軸線扭轉(zhuǎn)而成，（3）增加粗糙度當(dāng)管壁粗糙度較小時，粗糙度對換熱和阻力沒有影響當(dāng)管壁粗糙度較大時，流體在粗糙度處形成渦流，對換熱和阻力有影響但管壁粗糙度過高，對層流時的對流換熱并不有利（3）增加粗糙度當(dāng)管壁粗糙度較小時，粗糙度對換熱和阻力沒有影38※砂粒型粗糙管較難加工※砂粒型粗糙管較難加工（4）扭曲橢圓管縱向旋轉(zhuǎn)和二次流管內(nèi)阻力增加不大（4）扭曲橢圓管縱向旋轉(zhuǎn)和二次流2022/11/2441§1.3過渡區(qū)時管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)化1.管道截面形狀非圓形管道正規(guī)過渡區(qū)非正規(guī)過渡區(qū)——有角的管道——無角的管道2022/11/2217§1.3過渡區(qū)時管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)2022/11/2442（1）正規(guī)過渡區(qū)——等腰三角形管道管道大部分出現(xiàn)紊流，而在角上存在層流工況。

※Re增大，角上層流區(qū)減小

※在當(dāng)量直徑相同時，頂角減小，管道阻力和換熱強(qiáng)度都成比例下降2022/11/2218（1）正規(guī)過渡區(qū)——等腰三角形管道管2022/11/2443（2）正規(guī)過渡區(qū)——波形換熱板※當(dāng)單位換熱面積流動阻力相同時，采用波形板結(jié)構(gòu)換熱量比光板結(jié)構(gòu)增加40-50%。2022/11/2219（2）正規(guī)過渡區(qū)——波形換熱板※當(dāng)單2022/11/2444（3）正規(guī)過渡區(qū)——新型不銹鋼多層波形管壁厚為0.4-0.5mm的特種不銹鋼板材滾壓成不同規(guī)格的圓形薄壁光管將焊縫錯開套裝成多層薄壁圓形光管利用特殊工藝漲波凸起成型2022/11/2220（3）正規(guī)過渡區(qū)——新型不銹鋼多層波2022/11/2445直徑段速度降低、靜壓增大弧形段速度增加、靜壓減小周期性變化※軸向伸縮能力較強(qiáng)，減小溫差應(yīng)力，能適應(yīng)較大的溫度變化2022/11/2221直徑段速度降低、靜壓增大弧形段速度增2022/11/2446