蒸发式冷凝器管外水膜分布.pdf

第 3 5卷 第 4期 2 0 0 6年 7月 石油化工设备 PETRO-CHEMI CAI EQUI PMENT Vo1 3 5 NO 4 J u l y 2 0 0 6 文章编号：1 0 0 0 7 4 6 6(2 0 0 6)0 4 0 0 0 5 0 5 蒸发式冷凝器管外水膜分布 唐广 栋，蒋 翔。沈 家龙，徐 丽，朱冬 生(华南理工大学 化工与能源学 院 传热强 化与过程节能教育部重 点实验室，广东 广州 5 1 0 6 4 0)摘要：对 国内外蒸发 式 冷凝 器研 究进展 进行 了综述，并 主要 从 管 外 水膜 的 影响 方 面就性 能 改进提 出 了分析，进行 了可视化研 究。研 究结 果表 明，扭 曲管和 管 外 亲水 处 理都 能获 得 较好 的水 膜 分 布，而且 还 可 以达 到减 小 水膜热 阻和提 高蒸发 式冷凝 器传 热性 能 的 目的。关键 词：冷凝器；蒸发式；水膜；强化传热 中图分类 号：TQ O 5 1 5；T E 9 6 5 文献标 识码：A Th e s t u d y o f wa t e r f i l m d i s t r i b u t i o n o ut s i d e t u b e s o f e v a p o r a t i v e c o n d e n s e r TANG Gu a n g d o n g，J I ANG Xi a n g，SHEN J i a l o n g，XU L i，Z HU Do n g s h e n g (Th e Ke y La b or a t or y of En ha nc e d He a t Tr a n s f e r Ene r g y Cons e r v a t i on o f t he M i ni s t r y o f Edu c a t i o n，Sc h o ol of Ch e mi c a l a n d En e r gy En g i ne e r i ng，So ut h Chi na U n i v e r s i t y o f Te c hn o l og y，Gu a n gz hou 5 1 06 4 0，Chi na)Ab s t r a c t：A g e n e r a l d e s c r i p t i o n i s g i v e n o n e v a p o r a t i v e c o n d e n s e r b o t h a t h o me a n d a b r o a d A n a l ys i s i s put f or wa r d on i m p r ov e m e n t s o n p e r f o r ma nc e a f f e c t e d b y w a t e r f i l m ou t s i de t u be s a s we l l a nd a v i s i b l e s t ud y ha s be e n d o ne The r e s ul t s h o ws t h a t t h e t wi s t e d t u be s a nd hy dr o ph i l i c c o a t o n t he s u r f a c e of t u b e s ge t b e t t e r wa t e r f i l m d i s t r i but i o n，S O h e a t r e s i s t a nc e i s de c r e a s e d a nd he a t t r a ns f e r pe r f or ma nc e o f e v a p or a t i ve c on d e ns e r i s e nh a nc e d Ke y wo r d s：c o n d e n s e r；e v a p o r a t i v e；wa t e r f i l m；h e a t t r a n s f e r e n h a n c e me n t 蒸发式 冷凝 器是将 冷 却塔 与冷凝 器合 二 为一利 用水的蒸发潜热实现冷凝、冷却的冷换设备，具有节 水、节 能和节 省 空间 的显 著优 点l 1 ，这 一优 点在 水 资 源短缺 匮乏 的地 区 显得 尤 为 突 出，因而 在 国 内外都 得 到 了广泛 的研 究与 应 用。蒸 发式 冷凝 器一 般采 用 蛇 形盘 管，管 内为 制 冷 剂，管 外 为 水 流 的薄 膜 和 空 气。汽、液界 面处 同时 还存 在传 质 过 程，这 就 决 定 了 其传 热特性 十 分 复 杂。大 量 研究 结 果 表 明，管 外 液 膜及 其 汽、液 界面 为过 程控制 热 阻之一，薄 液膜 的流 动形态、更新速率及分布情况将对整个传热性能起 重要 的作 用l 2 。文 中对 国 内外 在此 方面 的研究 进 展 进行 了分析讨论，探索了管外水膜对蒸发式冷凝器 性 能 的影响，并从 管 型 和 管表 面 性 质 两方 面进 行 了 改进，在 此基 础上进 行 了可视 化 实验研 究。卜一 卜 一 一一 一一 卜一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一-一一+一+-一一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+-+一+一+一+一+一+一十一+一+一+一+一+一+一+一+-+一+参 考 文 献：1 周强泰，黄素逸 锅炉与热交换 器传热强 化 M 北京：水利 电 力出版社，1 9 9 1 2 顾维藻 神家锐，马重芳，等 强化传热 M 北京：科学出版社，1 9 9 0 3 王杨君 管壳式换热器中 自旋流的强化传热研究 D 广州：华 4 5 南理工大学，2 0 0 5 Ho l ma n J P He a t Tr a n s f e r(n i n t h e d i t i o n)M Ne wY o r k：M c Gr a w-H i l l Hi g h e r Ed u c a t i o n，2 0 0 2 杨世铭，陶文铨 传热学(第 三版)M 北 京：高等教育 出版 社，2 0 0 2 (许 编)收稿 日期：2 0 0 6 0 2 0 1 基金项 目：广东 省 自然科 学基金(0 4 1 0 5 9 5 0)；顺德 区重点科技计划(2 O O 3 KJ O 2 7)；新世纪优秀人才计划 作者简 介：唐广 栋(1 9 8 2)，男，山东聊城人，硕士研究生，从事蒸发冷却和强化传热研究。维普资讯 http:/ 石油化工设备 2 0 0 6 年 第 3 5卷 l 研 究进 展 1 1 设备 性能研究 由 于蒸 发式 冷 却技 术 的 明显 优 点，蒸 发 冷 却设 备早 在 2 0世纪 7 0年代 就得 到 了广泛 的应 用。前期 的研 究也 主要 集 中于设 备 尺度 的研究，并从 热 力学、节能 和节 水 角度论 证 了蒸 发式冷 却技 术相 对 于其它 冷却技术的优势，而且研究中偏重于设计(包括传热 膜系数计算)、优 化、控 制、传热传 质过程强化 及应 用。1 9 6 2年，P a r k e r 研究了蒸发式冷却器的传热传 质特性，初步定性分析了蒸发冷却的传热传质机理，并通过 实验 得到 传热 膜 系数 的 关联 式【。1 9 7 3年，尾花英 郎总结了水科笃郎等人的传热膜系数经验公 式。比较 系统地 提 出了蒸 发式 冷却 器 的设 计 方 法】。1 9 9 8年，wi t t e k指 出 了蒸 发 冷 却 的 非 线 性 特性，着 重研 究 了冷却设 备 结 构 对 蒸 发 冷 却 的影 响，并 指 出 了结构 强化 传热传 质 的方 向。j 。2 0 0 0年，Hwa n g 对住 宅 尺度 的蒸 发 冷却 器 进 行 了性 能分 析，由 于省 去了冷却水在冷换设备 中的显热传递 阶段。使 冷凝 温 度更 接近空 气 的湿 球 温 度，从 而 降低 了 压缩 机 能 量消耗，蒸 发冷却 器 比空冷器 压缩 效率 高 8 1 2 。其 制 冷机 的性 能 系 数(C OP)比用 空 冷 器 的机 组 高 1 1 1 2 1 6 1。2 0 0 1年，Ma n s k e总 结 了 蒸 发冷 却技 术在 工业 应用 中 的成 果，指 出湿球 温度、冷凝温度、风机及水泵动力控 制是影响蒸发冷却效 果 的最 关键 因素】。2 0 0 3年，Ha s a n也 对 椭 圆 管 和 圆管进 行 了实验 研 究，表 明 椭 圆 管 的传 热 与 流 阻性 能是 圆管 的 1 9 3 1 9 6 倍。1 2传热传质模 型 随着 数 值 分析 及 计算 机 技 术 的 发展，进 入 上 世 纪 9 0年代后数值传热学受到重视，国内外诸多学者 针对某些具体蒸发冷却过程 及设 备建立 了数学模 型，并 用实验 进行 了验 证。1 9 8 5年，We b b对 蒸发式 换 热器 做 了性能 模 拟，其 模 拟 结果 与 工 程 数 据偏 差 在 6 以 内l g 。1 9 9 7年，Z a l e ws k i 等 建立 了水一 空 气 逆流的蒸发冷却传热传质过程模型，并对换热面结 构进行了几何修正，使模型与实验结果可 以很好地 吻合 j。1 9 9 8年，Ha l a s z 从 热 力 学 角 度，以能 量、质量和动量平衡为基础，通过分析蒸发冷却传质传 热及 流动 阻力，提 出了一个 蒸 发冷却 的数 学模 型。并 把 蒸发 冷却 过程 的 非 线性 特 性 线 性 化，将 蒸 发 传 热 传质过程大大简化，虽然相对于实际过程，此模型还 是过于简单，但此模型 已是现有蒸发式冷却模型中 与实际 较为 接近 的 一 个模 型，可 以作 为 蒸 发 式 冷 却 理论 研 究 的模 型 基础 l】。此 外，笔 者及 西 安 交 通 大 学、华 中科技 大 学也 在此方 面做 了许 多工 作。1 3 蒸发 液膜研究 蒸发式 换 热 器 中，热 阻 主 要 集 中 于水 膜、水一 空 气界面上，而其难点也在于液膜流动、蒸发及界面传 热传 质。对于蒸发液 膜的研 究，在液 膜的流 动、分 布、稳定性及热力学特性方面已取得了较大进展，传 热 膜系 数的计 算也 有一 些经 验或 半经 验公 式。1 9 7 5 年，C h u k l i n等对 平 板 润 湿 薄 膜 换 热 表 面 进 行 了实 验研 究，发现 由 于润 湿 薄 膜 与空 气 之 间 存 在较 大 的 温差 而 引起 了剧 烈 的传 热 和 雾 化现 象，并 提 出 了一 种 实 验 结 果 关 联 式 。1 9 9 8年，A r mb r u s t e r等 对 光 滑水 平管 非饱 和蒸 发 过程 进 行 了研 究，提 出 了一 个水平管外水一 空气流动蒸发传热传质模型，讨论 了 水和空气流量、分布状态及 盘管布置方式对盘管传 热和水 膜温 度 的影 响，并 以 此 为基 础 建 立 了经验 方 程。1 9 9 9 年，我 国 清 华 大 学 通 过 直 接 对 简 化 的 N S方程进 行摄 动分 析，考 虑 相 变 及 表 面 张 力梯 度 影响，导 出 了薄 液 膜 层 扰 动 波 增 长 率 的表 达 式 l 1】。2 0 0 0年，清华 大学 王补 宣 院士 等人 对 实验 结 果 的分 析和 界面 质扩散 量 级 的 估算 表 明，降液 膜 表 面 存 在 着可 观 的毛细诱 导 界 面 蒸 发 现象，并 通 过 关 联 实 验 数据 得 到了有效 毛 细 半 径 的 表 达式，将 这 一 表 达式 与表 面蒸 发率 的计 算 式 结 合，得 到 了 毛细 诱 导 界 面 蒸发的计算式口 引。2 管外 水分布 研 究 从研究进展可以看 出，蒸发式 冷凝器理论体系 已趋 于成 熟，但 大 部 分 文献 都 是 从 设 备 尺度 对 其 进 行性 能分 析研 究，而对 其 内部 的微 结构 机 理 的研 究 还不够充分。蒸发式冷凝 器盘管表面为薄层水膜所 覆 盖，水 膜外 流动 着 空 气，包 括 了多相 传 质 换 热、对 流换热和冷凝换热 3部分，水膜蒸发为非饱和蒸发，换热 机理 十分 复 杂。其 整 个 传 热过 程 为，管 内工 质 将热量传给水膜，水膜通过显热和潜热传给空气，空 气将热量排出。这个传热过程是多层次，逐步传递 的控 制，其 中最 小 热 通量 的传 递 就 是传 热 的真 正 速 率。而研究表明，蒸发式 冷凝器 的控制热 阻为管外 水 膜和 汽、液界 面。管外 水 膜为薄 液 膜，它 与逆 向流 动的空气间的传热传质机理十分复杂，是整个传热 过程 的 控制 阶段，因而水 膜 的流 动形 态、分 布 和更新 速率将对整个冷凝器的传热性能产生重要影响。因 此，有 必 要对蒸 发式 冷凝 器管 外水 膜进 行研 究，以此 来改 进蒸 发式 冷凝 器 的性 能。华南理工大学强化传热与过程节能教育部重点 实验 室朱 冬生 教授 及 其课 题 组，在 对 蒸发 式 冷 凝 器 维普资讯 http:/ 第 4期 唐J 栋，等：蒸发式冷凝器管外 水膜分 布 理 论、实验 前 期 研 究 的基 础 上。针 对 上 述 问题 从 管 型、管 表面 处理 两方 面开 展研 究。进 行 了初步 的可 视 化研 究 文 中对 此方 面研 究结 果做 一简 单陈述。2 1 管型对水膜的影响 管型 对蒸 发式冷 凝 器 的影 响 主要 表现在 换热 面 积水膜 流动形 态 和 水 膜 分 布 等方 面。蒸发 式 冷 凝 器 中通过 增 大 空 气流 和循 环 冷 却 水 的热 质 交 换 面 积，可 以达 到 强化 传 热 的 效 果。而 蒸 发式 冷 凝 器 热 质交换面为空气和水膜、水膜和管外壁的接触面积 由于水珠 飞溅 和水 膜 的波 动，导 致 空 气 与水 膜 的接 触 面积 与水 膜和 管外 壁 的接 触 面 积 不 同，但 它 们 之 间的 比例数 基本 不 变。可 见，蒸 发 式 冷 凝 器 的管 外 热 质交 换面 在满 足 一定 喷 淋 水 量 的情 况下。主要 与 盘管结构和形状有关。水膜在水平管束间由上而下 流 动时。在不 同的流量 下会 出现 不 同的流 动形态，如 滴 状 流、柱状 流 和片状 流，不 同流动形 态造 成空 气 和 水 膜 问的热 质交换 面 积 大 小 有 所 不 同：片状 流 柱 状流滴状流。热质交换 面越大，其传热传质特性 也 越好。另 外，水膜在 盘 管表面 的分 布、湍动程 度也 十分重要。传统的盘管多为单面浸湿，不能充分 利 用换热 表 面，而 且其 湍动 程度也 不够。针 对 上述 问题。朱 冬 生 教授 及 其 课题 组 提 出将 交 变 曲面 波纹扭 曲管 应 用 于 蒸发 式 冷 凝 器，并 申请 了专 利。交变 曲 面 波纹 扭 曲管 由椭 圆 形 管扭 曲 成螺旋 状，呈 交 变 曲面 螺 纹 波线 形。现有 的盘 管 换 热器 多半 是单 面润 湿 热 交 换 器 如 水 在 圆管 或 椭 圆 管表 面 自上而 下 的流 动，表 面被 全部 润湿 的可 能 性 不大，如果 采 用交 变曲 面 的交 变 曲面 波纹扭 曲管，水 流沿 曲面交变 多方 向流 动，受 空气 流场 的作 用，容易 形成 较 全面 的润 湿。并 且 喷 淋 水 流过 盘管 表 面 时。通过 形成 二次 流 和离 心 力 的作 用 使 流体 层 变 薄，同 时扰 动增 大流 体湍 动 程 度、流体 层 变 薄 和湍 动程 度 增大都可增大管外传热膜 系数，且扭曲管内传热膜 系数 也可 同时 获得 增强。2 2 管表面性质影响 管表 面 性 质。即物理 化 学 性 质对 形 成 稳 定 均匀 的薄 层水 膜、防止 于斑 的 出现也 有一定 影 响。为此，采用文献 1 7 的专利技术对盘管表面进行 了表面亲 水改性，以降低盘管表 面和水膜间的固液表面 自由 能差，也就 是减 小表 面 张 力。表 面 张 力 是 作用 于单 位长 度 上的力，它 产生 的 原 因是 界 面 相 内 质点 受 力 不均 匀造 成 的，有使 表 面缩 小的趋 势，即表 面张 力是 一种 收缩力。通过 减小 表面 张力 可获得 较 好 的水膜 分布，进而改进传热性能。3可视 化 实验研 究及 分 析 3 1 管 型研 究 采 用 1万 幅 s的柯 达 彩 色数 码 高速 摄 像 仪 对 光 滑 圆管和 扭 曲管管 间 流体流 动状 态进 行 了可视 化 比较研 究。在喷 淋 水 密 度 为 0 0 4 7 k g (r ns)。迎 面风速 为 3 0 m s的操作 条件 下拍 摄得 到光 管及 扭 曲管 的管 间水膜 流动 形式 见 图 1和图 2。图 1 光滑 圆管 管间水膜 流动 图 2扭 曲 管 管 l司水 膜 流 动 从 图 1 可 知，水 流 在 光 滑 圆管 问 的分 布 较 为零 乱，显得 无法 控 制，多 为分 散 的滴 状 流，且 水 滴 大 小 不 均。从 图 2可 知，水 膜 在扭 曲管 管 间 的分 布 变得 均 匀 可控制，水滴 在 扭 曲 管 的 凹 凸 曲 面和 逆 流 而 行 空 气 流的共 同 作用下，不 断在管 表 面滚动 更新，产 生 良好的薄层蒸发和强化传热效果。相 比之下，水膜 在 扭距 大 的扭 曲管上 受 到更佳 的表 面切 割 和摩擦 作 用，流过管 表 面后，在 管 间形成 更多 更小 的水 柱流 或 水膜流，进而增大空气流与水流的接触面积和时间，强化过程的传热和传质。管子表 面 的水 膜 在 表 面 张力、重 力、剪切 力、惯 性 力 和粘滞 力等 作 用 力 下，会 在 管子 底 部 形 成 不 同 的积 聚形 态。光滑 圆管 和扭 曲管 的水膜 管底 分布 形 态见 图 3和图 4。图 3 光滑圆管管底水膜形式 维普资讯 http:/ 石油化工设备 2 0 0 6 年 第 3 5卷 图 4扭 曲管 管 底 水膜 形 式 从 图 3可知，在光 滑 圆管底 部有 较大 的 水滴，由 于受到 表 面张力、重力 和 剪切力 等力 的作 用，圆管 底 部 的水 滴将 会不 停 地 滑动，直 到 水滴 达 到 力 不 平 衡 点后才 会脱 落 于管表 面，而且该 滞 留层 的厚 度较厚 严重地影响了管内外的传热传质。图 4中在扭曲管 底部 滞 留的 为水柱 流，在 管 外 空 气 流 和管 内制 冷 工 质共 同 的热质 交换 作 用 下，该 水 柱 将 会立 刻受 力 不 均 而发生 脱落，实 现管底 水柱 流 的快速 更新，这样 降 低 了管 底水膜 热 阻，实 现 了管 子 表 面 水 膜 的均 匀 分 布，有利于蒸发式 冷凝器 的管内外热质交换。由此 可 以看 出，改 变管 型 能 实现 管 表 面和 管 间 更好 的水 膜 分布、流动 形式，进 而增 大 热 质 交换 面积，促 进 管 表 面水 膜 的蒸 发，迅速 带走 管 内制冷 工质 的冷凝 热 强化蒸发式冷凝器的传热效果。3 2管表面性质 实验 采 用普 通光 滑铜 管和 表面 亲水 处理后 的管 子水 膜 分布 见 图 5和 图 6。图 5 未处理铜 管水膜分 布 图 6表 面改性铜管水膜分布 从 图 5中可 以看 出，未 经改 性 处 理 管表 面的 水 膜分布 极其 不均，在 表 面 张 力 的 作用 下 发 生 不 同 程 度的收 缩，有 些 区域 水膜较 厚，有些 区域 水膜成 柱状 流下，甚 至有 些 区域 基本 没有 水膜而 出现干斑 现 象 这 对蒸 发式 冷凝 器换 热盘 管 的热质 交换 是非 常不 利 的。图 6表 明，经 过 表面 改性 处理后 的铜 管，其表 面 水膜 的分布变得均匀而且分布面积加大，水膜变薄，呈 片状 流流下，这 对 于 蒸 发 式 冷凝 器 换 热 盘 管表 面 的薄膜 蒸发 换热 是极 为有 利 的。原 因是 铜管 表 面和 水膜 间 的表 面 张力下 降，水膜 自身 的收缩 力 减弱，水 膜在管壁面上铺 展能力增加，更加容易成膜。铜管 表面 改性分 子 在管壁 与 水膜界 面上 的定 向致 密排 列 和热 运动 产生 表 面张 力，其 方 向刚 好 与 促使 表 面 向 里收缩的表面张力相抗衡，因而使水膜表面张力显 著下降，从而使水膜在管壁表面的厚度变薄。可见，通过对铜管表面的改性可以改变水膜在管表面的分 布 形式。4 结 语(1)管 外水 膜及 其 汽 液 界 面 对 蒸发 式 冷 凝 器 的 传热性能有重要影响，是过程控制热阻之一，对管外 水膜及界面的研究将是今后蒸发式冷凝器研究的一 个方 向。(2)扭 曲管及表 面亲水涂层均能获得较好 的水 膜分布，起到减小水膜热阻、促进传热传质和提高蒸 发式冷凝器性能的作用。建议今后对此进一步进行 数值分析计算、计算流体力学分析(C F D)，并在蒸发 冷凝内部细微结构建模和实验方面作更深人研究。参考文献：1 蒋翔 朱冬生 蒸发式冷凝 器的发展 和应用 J 制冷，2 0 0 2 21(4)：2 9 3 3 2 H P e r e z B la n c o，B i r d W A S t u d y o f h e a t a n d ma s s t r a n s f e r i n a v e r t i c a l t u b e e v a p o r a t i v e c o o l e r J T r a n s a c t i o n s o f t h e ASM E，l 9 8 4，1 0 6：2 1 O 一 2 1 5 3 P a r k e r R O，Tr e y b a l R E T h e h e a t ma s s t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c s o f e v a p o r a t i v e c o o l e r s J C h e mi c a l E n g i n e e r i n g a n d P r o c e s s i n g Sy mp o s i u m Se r i e s 1 9 6 2，5 7(3 2)：l 38 一 l 4 7 4 尾花 英郎 热 交换 器设计 手 册 M 北京：石 油工 业 出版社，l 9 8 2 41 5-4 5 5 j Wi t t e k U，Me i s wi n k e l R No n l i n e a r b e h a v io r o f RC c o o l i n g t o w e r s a n d it s e f f e c t s o n t h e s t r u c t u r a l d e s i g n E J E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e，l 9 9 8 2 0(1 0)：8 9 0 8 9 8 6 Yu n h o H wa n g，R e i n h a r d Ra d e r ma c h e r，Wi l l i a m Ko p k o An e x p e r i m e n t a l e v a l u a t i o n o f a r e s i d e n t i a l s i z e d e v a p o r a t i v e l y c o o l e d c o n d e n s e r J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Re f r i g e r a t i o n，2 0 0 1，2 4 (3)：2 3 8 2 4 9 7 Ma n s k e K A，Re i d l D T，Kl e in S A E v a p o r a t iv e c o n d e n s e r c o n t r o l i n i n d u s t r i a l r e f r ig e r a t io n s y s t e ms J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Re f r i g e r a t i o n，2 0 01 2 4(7)：6 7 6 6 9 1 8 Al a Ha s a n，Ka i S i r e n P e r f o r ma n c e i n v e s t ig a t i o n o f p l a i n a n d f i n n e d t u b e e v a p o r a t i v e l y c o o l e d h e a t e x c h a n g e r s J Ap p l i e d Th e r ma l En g i e e r i n g，2 0 0 3，2 3(3)：3 2 5 3 4 0 9 R a l p h L We b b，Al a n d r o Vi l la c r e s P e r f o r ma n c e s i mu 1 a t i 0 n o f e v a t x)r a t i v e h e a t e x c h a n g e r s(c o o l in g t o we r s，f l u id c oo l e r s a n d(二 0 n d e n s e r s)J He a t T r a n s f e r E n g i n e e r i n g，1 9 8 5，6(2)：3 1 3 8 维普资讯 http:/ 第 3 5卷 第 4期 2 0 0 6年 7月 石油化工设备 PETRO-CHEMI CAI EQUI PME NT VoI 3 5 No 4 J u l y 2 0 0 6 文 章 编 号：1 0 0 0 7 4 6 6(2 0 0 6)0 4 0 0 0 9 0 4 单 弓形折流板 管孔扩孔试验研 究 喻 九 阳，谢 国雄，朱兵，冯 兴奎(武汉化工学 院，湖北武汉2 0 1 8 0 0)摘 要：对 管孔扩 孔 与 未扩 孔 的单 弓形折 流板 进行 了传 热 与 流 阻试 验。结果 表 明，对折 流 板 适 当部 位的管孔进行适当扩大，可提 高换热器的传热效率，减小壳程压降，具有较好的节能降耗效果。优 化后 的扩 孔 方案，其 壳程的努 塞 尔数 可 以提 高 1 7 8 3 ，阻 力 系数 减 小 9 8 1 3 0 ，综合 性 能指标 NU o 己o 2 9 提 高 5 9 1 1 6 ，换热 器对数 平 均 温差 增 加 1 3 3 6 ，热 流 密度 提 高 4 6 5 6 。关键词：管壳式换热器；弓形折流板；扩孔；传热；流阻 中 图分 类 号：TQ 0 5 1 5 0 1；TE 9 6 5 文献标 识码：A Ex p e r i me n t a l s t u dy o n t u b e a p e r t u r e s e x p a n d e d o n s i n g l e s e g me n t a l b a f f l e YU J i u y a n g，XI E Gu o x i o n g，ZHU Bi n g，FENG Xi n g k u i (W u ha n I n s t i t ut e of Ch e mi c a l Te c h no l o gy，W u ha n 4 3 00 7 4，Chi n a)Ab s t r a c t：Th e e x p e r i me n t wa s ma d e f o r c o n t r a s t i n g t h e p r o p e r t i e s o f h e a t t r a n s f e r a n d f l o w r e s i s t a n c e b e t we e n e xp a nd e d a n d un e x pa n de d t u be a pe r t ur e s of s i ng l e s e gme nt a l ba f f l e t ube bun dl e The r e s uI t s s ho w t ha t a pp r op r i a t e q ua n t i t y a nd l a y o ut t ub e a pe r t ur e e xp a nd e d o n t he ba f f l e i s u s e f ul t o i nc r e a s e he a t t r a ns f e r e f f i c i e nc y a nd d e c r e a s e pr e s s ur e dr op Fo r t he o pt i m i z a t i on s c he m e o f e xD a n de d a p e r t u r e，Nu s s e l t nu mbe r of s he l l s i de i n c r e a s e d by 1 7 t o 8 3 ，t h e r e s i s t a nc e c o e f f i c i e nt d e c r e a s e d by 9 8 t o 1 3 0 ，t he h e a t t r a ns f e r a n d f l o wi n g r e s i s t a nc e i n t e g r a t e d p r o pe r t y N“。毛 2 9 i n c r e a s e d b y 5 9 t o 1 1 6 ，l o g me a n t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e i n c r e a s e d b y 1 3 t o 3 6 ，h e a t f l ux of he a t e xc ha n ge r i n c r e a s e d by 4 6 t o 5 6 Ke y wo r d s：s h e l l a n d t u b e h e a t e x c h a n g e r；s e g me n t a l b a f f l e；a p e r t u r e o f e x t e n d i n g；h e a t t r a n s f e r；f l ow r e s i s t a nc e +一+一+一+一+一+一+一+一+一+一十一+一+一+-+一+一一+-+一+一+一+一+-+一+一+。+。+。+。十。+。+。+。+。+。+。十 E l O w0 i c i e c h Z a l e w s k i P i 0 t r An t o n i Gr y g l a s z e w s k i Ma t h e ma t i c a l t e r f i l m o n h o r i z o n t a l t u b e s E J ，Ex p e r i me n t a l T h e r ma l a n d m o d e l o f h e a t a n d ma s s t r a n s f e r p r o c e s s e s i n e v a p o r a t i v e f i d Fl u i d S c i e n c e，1 9 9 8，1 8(3)：1 8 3 1 9 4 c 0 0 l e r s J C h e mi c a l E n g i n e e r i n g a n d P r o c e s s i n g，1 9 9 7，E 1 4 3 柴立和，彭晓峰，张志军，等 薄液膜层稳定性分析 J 水 动力 3 6(4)：2 7 l 一 2 8 0、学研究与进展(A辑)，1 9 9 9，1 4(1)：1 1 2-1 1 8 r l 1 B o r i s Ha l a A g e n e r a l ma t h e ma t i c a l roo d e l o f e v a p o r a t i v e 1 5 3 王补宣，张金涛，彭晓峰 薄液膜表 面蒸发对 降液膜传热 和传 c o o l i n g d e v i c e s J Re v u e Oe n e r a l e d e Th e r mi q u e，1 9 9 8，质的影响 J 3 中国科学(E辑)，2 0 0 0，3 0(3)：2 1 6 2 2 1 3 7(4)：2 4 5 2 5 5 1 6 3 朱冬生，蒋翔 交 变曲面 波纹盘 管蒸发 式冷凝 器E P 3 中 国 r 1 2 C h u k l i n S G Yu I a r Ya n o v s k i y He a t t r a n s f e r i n a p l a t e t y p e 专利：0 2 2 2 7 8 8 6 9，2 0 0 3 0 6 2 5 e v a p o r a t i v e c o n d e n s e r E J He a t Tr a n s f e r S o v i e t R e s e a r c h l 9 7 5，7(5)：7 9-8 4 1 3 3 Ar mb r u s t e r R，Mi t r o v i c J E v a p o r a t i v e c o o l i n g o f a f a l l i n g wa 1 7 3 朱冬生，沈家龙，蒋翔，等 蒸发式换热器盘管表面纳米亲水 涂层E P 3 中国专利：2 0 0 4 2 0 0 4 6 0 3 1 2，2 0 0 5 0 7 2 0 (许编)收稿 日期：2 0 0 6 0 1 2 5 作者 简介：喻九阳(1 9 6 2 一)，男，湖北 武汉人，教授，从事压力容器可靠性及高效换热设备的教学与研究工作。维普资讯 http:/