等边三角形道2单相流体管内强制对流换热强化技术课件

第一章强化管内单相流体强制对流换热§1.1概述第一章强化管内单相流体强制对流换热§1.1概述1.单相流体管内强制对流换热实验关联式（1）圆形管道截面管内层流换热管内湍流换热管内过渡流流态换热1.单相流体管内强制对流换热实验关联式（1）圆形管道截面管2（2）槽道（3）等边三角形道（2）槽道（3）等边三角形道2.单相流体管内强制对流换热强化技术（1）层流流动时※改变流体的流态2.单相流体管内强制对流换热强化技术（1）层流流动时※改（2）湍流流动时※减薄层流底层厚度（2）湍流流动时※减薄层流底层厚度§1.2层流时管内强制对流换热强化1.改变管道形状§1.2层流时管内强制对流换热强化1.改变管道形状例子：回转式空气预热器漏风量大、工况良好时为6%~8%，密封不良时为20%~30%。另外回转式空气预热器的结构复杂、制造工艺和安装要求高、运行维护工作量大，热态自动控制也较为困难。结构紧凑、体积小、换热面密度高、整机质量轻、金属耗用量少、利于安装布置、低温腐蚀较管式换热器轻等特点，适于在大型锅炉上使用。例子：回转式空气预热器漏风量大、工况良好时为条件：矩形通道的高度比a/b=1/5，三角形通道截面形状为顶角为40度的等腰三角形。比较结果：矩形通道换热器的摩擦阻力损失比三角形通道低

30%，而换热面长度比三角形通道短18%。条件：矩形通道的高度比a/b=1/5，比较结果：矩形通道换热在管子数目相同、工质流量及管道横截面周界均给定的条件下，圆管的流通横截面积最大，矩形的最小，而流速恰好相反；在各管道中温度条件相同时，矩形管道能增加换热系数，但同时阻力也剧增。动力消耗、制造工艺、强度、换热面污染度等在管子数目相同、工质流量及管道横截面周界均给定的条2.改善边界层中换热工况（1）换热器长通道分隔成多个短通道2.改善边界层中换热工况（1）换热器长通道分隔成多个短通道10（2）管内插入物技术①纽带原理：产生旋转流动和二次流，在离心力作用下使中心流体同壁面边界层流体充分混合，减薄边界层（2）管内插入物技术①纽带原理：产生旋转流动和二次流，在离心②螺旋线圈※内插螺旋线圈强化层流区换热，换热系数可提高3.5倍②螺旋线圈※内插螺旋线圈强化层流区换热，换热系数可提高3.③绕花丝内插物——由几组相同的线圈环绕同一中心轴线扭转而成，形成一种多孔体，流体分子微团，其在传热和流动方向上不断做复杂的三维宏观混合。※弥散效应：多孔体的弥散效应可以使流体在低流速下转变为湍流，产生与涡流相似的效果，令流体内部温度分布均匀，从而增大壁面附近温度梯度，使换热增强。③绕花丝内插物——由几组相同的线圈环绕同一中心轴线扭转而成，（3）增加粗糙度当管壁粗糙度较小时，粗糙度对换热和阻力没有影响当管壁粗糙度较大时，流体在粗糙度处形成涡流，对换热和阻力有影响但管壁粗糙度过高，对层流时的对流换热并不有利（3）增加粗糙度当管壁粗糙度较小时，粗糙度对换热和阻力没有影14※砂粒型粗糙管较难加工※砂粒型粗糙管较难加工（4）扭曲椭圆管纵向旋转和二次流管内阻力增加不大（4）扭曲椭圆管纵向旋转和二次流2022/11/2417§1.3过渡区时管内强制对流换热强化1.管道截面形状非圆形管道正规过渡区非正规过渡区——有角的管道——无角的管道2022/11/2217§1.3过渡区时管内强制对流换热强2022/11/2418（1）正规过渡区——等腰三角形管道管道大部分出现紊流，而在角上存在层流工况。

※Re增大，角上层流区减小

※在当量直径相同时，顶角减小，管道阻力和换热强度都成比例下降2022/11/2218（1）正规过渡区——等腰三角形管道管2022/11/2419（2）正规过渡区——波形换热板※当单位换热面积流动阻力相同时，采用波形板结构换热量比光板结构增加40-50%。2022/11/2219（2）正规过渡区——波形换热板※当单2022/11/2420（3）正规过渡区——新型不锈钢多层波形管壁厚为0.4-0.5mm的特种不锈钢板材滚压成不同规格的圆形薄壁光管将焊缝错开套装成多层薄壁圆形光管利用特殊工艺涨波凸起成型2022/11/2220（3）正规过渡区——新型不锈钢多层波2022/11/2421直径段速度降低、静压增大弧形段速度增加、静压减小周期性变化※轴向伸缩能力较强，减小温差应力，能适应较大的温度变化2022/11/2221直径段速度降低、静压增大弧形段速度增2022/11/2422通道高度下降减小进口扰动，推迟层流向紊流过渡，通道易堵可以布置更多换热面，单位体积换热强度增强，可减小换热器体积※从多方面综合考虑2022/11/2222通道高度下降减小进口扰动，推迟层流向2022/11/24232.管壁人工粗糙度（1）Re的影响2022/11/22232.管壁人工粗糙度（1）Re的影响2022/11/2424（2）对Rec的影响（3）粗糙度大小的影响2022/11/2224（2）对Rec的影响（3）粗糙度大小第一章强化管内单相流体强制对流换热§1.1概述第一章强化管内单相流体强制对流换热§1.1概述1.单相流体管内强制对流换热实验关联式（1）圆形管道截面管内层流换热管内湍流换热管内过渡流流态换热1.单相流体管内强制对流换热实验关联式（1）圆形管道截面管26（2）槽道（3）等边三角形道（2）槽道（3）等边三角形道2.单相流体管内强制对流换热强化技术（1）层流流动时※改变流体的流态2.单相流体管内强制对流换热强化技术（1）层流流动时※改（2）湍流流动时※减薄层流底层厚度（2）湍流流动时※减薄层流底层厚度§1.2层流时管内强制对流换热强化1.改变管道形状§1.2层流时管内强制对流换热强化1.改变管道形状例子：回转式空气预热器漏风量大、工况良好时为6%~8%，密封不良时为20%~30%。另外回转式空气预热器的结构复杂、制造工艺和安装要求高、运行维护工作量大，热态自动控制也较为困难。结构紧凑、体积小、换热面密度高、整机质量轻、金属耗用量少、利于安装布置、低温腐蚀较管式换热器轻等特点，适于在大型锅炉上使用。例子：回转式空气预热器漏风量大、工况良好时为条件：矩形通道的高度比a/b=1/5，三角形通道截面形状为顶角为40度的等腰三角形。比较结果：矩形通道换热器的摩擦阻力损失比三角形通道低

30%，而换热面长度比三角形通道短18%。条件：矩形通道的高度比a/b=1/5，比较结果：矩形通道换热在管子数目相同、工质流量及管道横截面周界均给定的条件下，圆管的流通横截面积最大，矩形的最小，而流速恰好相反；在各管道中温度条件相同时，矩形管道能增加换热系数，但同时阻力也剧增。动力消耗、制造工艺、强度、换热面污染度等在管子数目相同、工质流量及管道横截面周界均给定的条2.改善边界层中换热工况（1）换热器长通道分隔成多个短通道2.改善边界层中换热工况（1）换热器长通道分隔成多个短通道34（2）管内插入物技术①纽带原理：产生旋转流动和二次流，在离心力作用下使中心流体同壁面边界层流体充分混合，减薄边界层（2）管内插入物技术①纽带原理：产生旋转流动和二次流，在离心②螺旋线圈※内插螺旋线圈强化层流区换热，换热系数可提高3.5倍②螺旋线圈※内插螺旋线圈强化层流区换热，换热系数可提高3.③绕花丝内插物——由几组相同的线圈环绕同一中心轴线扭转而成，形成一种多孔体，流体分子微团，其在传热和流动方向上不断做复杂的三维宏观混合。※弥散效应：多孔体的弥散效应可以使流体在低流速下转变为湍流，产生与涡流相似的效果，令流体内部温度分布均匀，从而增大壁面附近温度梯度，使换热增强。③绕花丝内插物——由几组相同的线圈环绕同一中心轴线扭转而成，（3）增加粗糙度当管壁粗糙度较小时，粗糙度对换热和阻力没有影响当管壁粗糙度较大时，流体在粗糙度处形成涡流，对换热和阻力有影响但管壁粗糙度过高，对层流时的对流换热并不有利（3）增加粗糙度当管壁粗糙度较小时，粗糙度对换热和阻力没有影38※砂粒型粗糙管较难加工※砂粒型粗糙管较难加工（4）扭曲椭圆管纵向旋转和二次流管内阻力增加不大（4）扭曲椭圆管纵向旋转和二次流2022/11/2441§1.3过渡区时管内强制对流换热强化1.管道截面形状非圆形管道正规过渡区非正规过渡区——有角的管道——无角的管道2022/11/2217§1.3过渡区时管内强制对流换热强2022/11/2442（1）正规过渡区——等腰三角形管道管道大部分出现紊流，而在角上存在层流工况。

※Re增大，角上层流区减小

※在当量直径相同时，顶角减小，管道阻力和换热强度都成比例下降2022/11/2218（1）正规过渡区——等腰三角形管道管2022/11/2443（2）正规过渡区——波形换热板※当单位换热面积流动阻力相同时，采用波形板结构换热量比光板结构增加40-50%。2022/11/2219（2）正规过渡区——波形换热板※当单2022/11/2444（3）正规过渡区——新型不锈钢多层波形管壁厚为0.4-0.5mm的特种不锈钢板材滚压成不同规格的圆形薄壁光管将焊缝错开套装成多层薄壁圆形光管利用特殊工艺涨波凸起成型2022/11/2220（3）正规过渡区——新型不锈钢多层波2022/11/2445直径段速度降低、静压增大弧形段速度增加、静压减小周期性变化※轴向伸缩能力较强，减小温差应力，能适应较大的温度变化2022/11/2221直径段速度降低、静压增大弧形段速度增2022/11/2446