第5章-低温技术基础-低温换热器.ppt

上海理工大学上海理工大学2010年年 5月月低温技术基础低温技术基础陈陈 曦曦1五五 低温换热器低温换热器概述翅片管式换热器板翅式换热器导热换热器网格-孔板式换热器换热器设计换热器试验和试验装置25.1 概述概述温度与温差：低温，小温差下工作流动阻力：影响泵送功率，影响能耗效率：追求高效率。强化流体之间的横向传热；削弱流体纵向热传导；采用高效，紧凑的换热表面；采用小温差（小的热端温差）以减小不可逆火用损；采用相变换热提高热流密度；强化传热同时控制流动阻力；保证流体均布；计算机优化设计。尺寸与重量：微型或巨型，但很紧凑。5.1.1 5.1.1 对低温换热器的要求对低温换热器的要求35.1 概述概述低温下物性变化剧烈：定性解和对数平均温差使用受到限制两相流与近临界流：流量振荡与流动不稳定低温热传导：变导热系数，结晶沉积物，各向异性的多维导热。低温热辐射：辐射表面易形成冷凝结晶影响表面发射率，吸收 率，反射率等。不稳定传热：交变流换热，热应力巨大，温度场随时间变化的 瞬态规律。超导超流现象对传热的影响：主要针对氦。失重与加速度下的传热：宇航技术中涉及。5.1.2 5.1.2 低温传热的特点低温传热的特点45.1 概述概述高效紧凑表面 传热-压降关联式；传热机理；数值解；制造工艺；试验技术相变与两相流 传热机理；多组分沸腾和冷凝；强化技术；试验工质；流量振荡与流动不稳定换热器的设计 物性计算；低雷诺数换热器设计；优化设计；流道布置与流体均布；轴向热传导5.1.3 5.1.3 发展动态与研究方向发展动态与研究方向55.2 翅片管式换热器翅片管式换热器绕片管套片管滚扎翅片管5.2.1 5.2.1 翅片管表面结构形式及其特点翅片管表面结构形式及其特点65.2 翅片管式换热器翅片管式换热器翅片效率5.2.2 5.2.2 翅片管换热面的传热特性与翅片效率翅片管换热面的传热特性与翅片效率直翅片直翅片环翅片环翅片78翅片表面效率翅片表面效率95.2 翅片管式换热器翅片管式换热器强迫对流换热准则关系式强迫对流换热准则关系式5.2.3 5.2.3 翅片管试验准则关系式翅片管试验准则关系式T50KT50KT50K1 1 管槽内强迫对流紊流换热关系式管槽内强迫对流紊流换热关系式102 2 液氮在环形通道中被加热液氮在环形通道中被加热3 3 液氢在管内强迫对流液氢在管内强迫对流4 4 超临界氦的管内传热超临界氦的管内传热11冷凝换热冷凝换热沸腾换热沸腾换热蒸汽在竖壁上凝结蒸汽在竖壁上凝结蒸汽在水平光管与水平翅片管上的冷凝换热蒸汽在水平光管与水平翅片管上的冷凝换热125.3 板翅式换热器板翅式换热器翅片形式 平直翅片；锯齿翅片；多孔翅片；波纹翅片5.3.1 5.3.1 板翅式换热器结构和工艺板翅式换热器结构和工艺13翅片的结构参数翅片的结构参数水力半径当量直径流通面积每层通道传热面积一次表面积二次表面积1415制造工艺制造工艺165.3 板翅式换热器板翅式换热器无相变的准则关联式无相变的准则关联式5.3.2 5.3.2 板翅式表面传热机理分析板翅式表面传热机理分析17翅片效率与表面效率翅片效率与表面效率18流体不均匀分配流体不均匀分配1）由于封头2）由于翅片结构19流道布置流道布置205.4 导热换热器导热换热器5.4.1 5.4.1 概述概述215.5 网格网格-孔板式换热器孔板式换热器5.5.3 5.5.3 网格网格-孔板式换热器的设计孔板式换热器的设计225.6 换热器的设计换热器的设计5.6.1 5.6.1 换热器设计流程换热器设计流程23245.6 换热器的设计换热器的设计对数平均温差法效率-传热单元数法5.6.2 5.6.2 传热和流动阻力的计算方法传热和流动阻力的计算方法255.6 换热器的设计换热器的设计优化设计的一般概念 目标函数；约束条件；设计变量；优化设计；数模；优化方法5.6.3 5.6.3 优化设计优化设计265.7 换热器试验与试验装置换热器试验与试验装置模型试验的意义试验模型必须考虑的问题5.7.1 5.7.1 概述概述275.7 换热器试验与试验装置换热器试验与试验装置稳态传热试验5.7.2 5.7.2 传热试验传热试验285.7 换热器试验与试验装置换热器试验与试验装置流动阻力试验流动型态显示结构强度试验气密性试验（肥皂泡检漏；保压试验；氦检漏试验）疲劳试验5.7.3 5.7.3 换热器的其它性能试验换热器的其它性能试验295.7 换热器试验与试验装置换热器试验与试验装置5.7.4 5.7.4 试验装置试验装置3031323334