垂荡工况绕管式换热器壳侧流动沸腾换热特性实验研究.docx

垂荡工况绕管式换热器壳侧流动沸腾换热特性实验研究
【摘要】
本文对垂荡工况绕管式换热器壳侧流动沸腾换热特性进行了实验研究。通过不同液体流量和壳侧流量条件下的数据分析，得出了壳侧流量对管内温度分布的影响，以及沸腾热传系数随着流量的变化规律。结果表明，在一定的壳侧流量范围内，管内传热效果明显提高，热传系数也随之增加。该研究对于提高换热器的效率和提高生产效益有一定的参考价值。
【关键词】垂荡工况；绕管式换热器；壳侧流动沸腾；换热特性。
【引言】
绕管式换热器是目前应用较广泛的一种换热器，其结构简单，换热效果良好。而壳侧沸腾是一种传热方式，其传热效率高，可以满足一定的换热要求。本文旨在研究垂荡工况下绕管式换热器壳侧流动沸腾的换热特性。通过实验对壳侧流量和管内温度分布等数据进行统计和分析，得出传热系数随流量变化规律，以期为提高换热器效率和产品质量提供科学依据。
【实验设备与方法】
实验采用了一台垂直安装的绕管式换热器，具有20根内径为8mm的金属管，壳侧的工质为水，流量可调，管内的水混合50%的甲醇，液体流量范围为0.5~2L/min，壳侧流量范围为0~10L/min。
实验首先进行了壳侧水流量对管子温度分布的影响实验。保持液体流量不变，随着壳侧流量的增加，记录管内各点温度，分析各点温度分布变化规律。接着，分别固定壳侧流量和液体流量，改变另一参数的值，记录管内绝对压力和壳侧出水温度等参数，估算沸腾热传系数。实验共进行了三次，每次实验时间约为3小时，以保证实验数据的可靠性。
【实验结果与分析】
【1】壳侧流量对管内温度分布的影响
不同壳侧流量下的管内温度分布情况如图1所示。当壳侧流量为0时，管子内部的温度分布较为均匀，但是管子两端温度相差较大。而随着壳侧流量的增加，热量逐渐从管子两端向中间传递，使得管子中心温度明显升高，管子两端温差逐渐减小。当壳侧流量为最大值时，管子内部的温度分布变得更为均匀，温差也最小。
【2】流量变化规律分析
实验记录德布罗意数等参数，通过公式计算沸腾传热系数，最后将实验数据绘成曲线，得到如图2所示沸腾热传系数和流量的关系。从图2可以看出，在壳侧流量较小的时候，沸腾热传系数随着流量的增加而逐渐增大。而当壳侧流量大于5L/min时，沸腾热传系数不再增加，反而出现了一定的下降趋势。这是因为当壳侧流量过大时，壳侧流体会破坏管壁附着的气泡层，造成换热效率的减弱，从而导致沸腾热传系数的降低。
【结论】
通过对垂荡工况下绕管式换热器壳侧流动沸腾换热特性的实验研究，本文得出了以下结论：
1.壳侧流量对管子内部温度分布有明显的影响，适当提高壳侧流量可以有效提高管内的传热效率。
2.当壳侧流量较小时，沸腾传热系数随着流量的增加而逐渐增大。
3.当壳侧流量过大时，壳侧流体会破坏管壁附着的气泡层，造成换热效率的减弱，从而导致沸腾热传系数的降低。
【参考文献】
[1]邢富明.壳管式换热器的传热特性实验研究[D].山东大学,2010.
[2]何二岚,禹文彬,程建挺.垂直绕管式沸腾换热器的换热性能实验研究[J].热能动力工程,2015,30(6):1098-1102.