波紋管換熱器性能及效益分析

1、歡反管換熱孝性能及效益分析爰怡熱管 2008-5-20 0:10:511、引言換熱容是熱能交換的主要很備.A熱色聯(lián)產(chǎn).集中供熱.石油化工.油島輸送.冶全.輕工 及賓館.醫(yī)紀(jì)尋緞城具冇廣泛的應(yīng)用。下面我要分析介紹的波紋管煥熱氐,是我公司根據(jù)瘵 戶(hù)要求及供荃外來(lái)經(jīng)瞼很計(jì)研制的換熱亠 是一種新型的高性能的熱交換森，是換熱森家族 中一個(gè)離新技術(shù)產(chǎn)品，也是我國(guó)勺己研制與應(yīng)用的唯一具冇丸爭(zhēng)力及優(yōu)越性能的換熱春。其 具有離效.妥全.可靠.節(jié)能.不易堵漏.密封周期長(zhǎng)的.綜令性?xún)?yōu)點(diǎn)，尤其迨合心高溫. 爲(wèi)莊的條件下賣(mài)用。本丈很堀傳熱學(xué)慮理，對(duì)波紋管換熱樂(lè)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).進(jìn)行了詳細(xì)的理論及技術(shù)性能分析.經(jīng) 濟(jì)敗益和社令

2、敗益的分析。對(duì)今后莊力家丟行業(yè)換熱賽產(chǎn)的靈新孜凌冇著較丸的倍鑒意 義。2波紋管換熱森的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1傳熱慮埋我們丸來(lái)分析一下間壁兩側(cè)流體熱交換過(guò)程:澆體在圓管澆動(dòng)時(shí).分層流層和湍流層，介質(zhì) 點(diǎn).管各點(diǎn)的速度隨孩點(diǎn)與管中心的距窗而炙，距富管型附近克遠(yuǎn)釆侵，為處流層，越窩管璧 較運(yùn)戍，流速越快，為湍澆星。場(chǎng)質(zhì)間熱交換過(guò)程有三科：熱輻射.對(duì)流傳熱和熱傳導(dǎo)。化工中常遏刊的是溫皮不丈爲(wèi)的澆 體間的熱交換問(wèn)題此時(shí)輻射傳熱通?？刹挥杩紤]。熱量自熱流體傳到間壁表面的一側(cè)戎1 間壁另一側(cè)儀面?zhèn)鹘o冷澆體都禺于對(duì)流傳熱。對(duì)澆傳熱是在流體流動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生的熱量 傳逅現(xiàn)象.所以和介灰澆劫的侑況密切相關(guān)。即使是在湍流

3、澆動(dòng)的恃況下.流體主澆中由于 獲渦叢生.流體冬部分相互況合，所以熱甌很小，從而疫和克體流動(dòng)方向垂直的槪面上，湍 流中心區(qū)冬點(diǎn)澆體之間的富度竣于一歡；但亦緊素壁而處，總有一層流體朕順著型面作處澆 流動(dòng)，尬為層流康處。疫令澆體一側(cè)，熱量心傳入冷澆體主體之祈，必須看先通過(guò)它。由于 通過(guò)這窿流體族的倍熱是以導(dǎo)熱方式進(jìn)行的，所以流體朕雖薄，卻是對(duì)澆傳熱的主要熱皿， 溫皮降也主要集中疫處克底層中。圖1為對(duì)濃傳熱時(shí)沿?zé)崃鞣较虻腻懚确植记闆r示意圖。圖中F1F1與F2F2為層流底層的并而， 為熱流體中心溫度，也即呆爲(wèi)溫度.廣為冷流體中也即呆低淇皮。在熱澆體的湍 流主體中.由于澆體質(zhì)點(diǎn)尢分混合，富度疑本上是一孜的

4、，印圖中T、。疫層澆底層，由于 熱阻較丸，溫皮急劇由Tb下降列Tw。S 克底星和湍澆主體之間.存在一個(gè)溫度遂晰支 化的區(qū)域，稱(chēng)為過(guò)滾區(qū)，其中詛度由下降列Tbo再往左通過(guò)管型，因其材料通常為全為. 熱皿很小.因此管型鬲側(cè)的溫度Tw和tw相差很小.此后在冷流體，又順次通過(guò)星流底 星.過(guò)滾區(qū)而到達(dá)湍流主體.溫度由tw & tb下降刊t、。圖中曲線twtbt、和曲線TTbTw 的意義相彼。FlF2圖1對(duì)流傳熱對(duì)沿?zé)崃鞣戒慷确植记闆r2.2總傳熱糸救影響因素傳熱學(xué)傳熱速序公式如下：Q=KAg) C2-1J些中：Q換熱量K換熱糸數(shù)A換熱面積(T-t).-傳熱溫皮差從公式(2-1)可以看到，換熱量和換

5、熱條數(shù)K成正比，要提高換熱森的熱交換能力，就必須忍辦比靈離換熱糸數(shù)K值。對(duì)流傳熱時(shí)垠據(jù)傳熱學(xué)慮理圖簡(jiǎn)世壁熱交換管的思熱阻公式為：1/K=1/al +b/X(d1/dm)+1/o(2 (d1/d2)+R$ (dl/d2) (22)式中：K總傳熱糸數(shù)cd. a2管売程對(duì)流傳熱糸數(shù)b換熱管童厚換熱管傳熱糸數(shù)Rs一污垢熱阻d1. d2. dm一分別為換熱管綾.外綾.中役23提壽換熱容換熱性能涂蚣分析：由2間壁而側(cè)澆體熱交換過(guò)程及公式（2-2J可以看出，要想提爲(wèi)熱交換荻的換熱性能. 就要努力陣低總熱甌1/K,阮提壽總熱交換糸數(shù)K值，從中不難看出提爲(wèi)換熱糸數(shù)K值冇如 下途後：1； 減少屋流層，增加湍克屋.

6、從而提壽對(duì)澆傳熱糸數(shù)cd. o（2：由化工慮理中冇關(guān)傳熱學(xué)知道，K值幾乎主要取決于對(duì)流傳熱糸數(shù)，則必須很法同對(duì)堤爲(wèi)澆 體而側(cè)的對(duì)流傳熱糸數(shù)cd. cx2o2）減少傳熱距憲.既減小換熱管型厚b。3）提爲(wèi)傳熱糸數(shù)入可以通過(guò)選用導(dǎo)熱性能好的換熱管材料賣(mài)觀。4）降低污垢熱阻Rs生活垢熱甌起很丸作用肘.則必須役比減侵污垢生成速率戎粉予請(qǐng)洗。2.4波紋管換熱森結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：如圖2所示為波紋管換熱森的一般設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)其外農(nóng)與普通換熱呑柚同売程釆用普通的圖筒 形結(jié)構(gòu)，其與普通換熱容相比.走丸的苗點(diǎn)是管程采用諒壁不銹鋼敗紋式換熱管波紋換熱 管結(jié)構(gòu)紐件見(jiàn)圖3.它是由壁厚為0.5m m07mm的管料經(jīng)過(guò)擠波森設(shè)備加工而成，

7、使換 熱管型形成一個(gè)個(gè)&起，并經(jīng)過(guò)與其焊揍的管套.與管板進(jìn)行強(qiáng)度焊接而成。圖2波紋管換熱容結(jié)構(gòu)3波紋管換熱森性能分析3.1敗紋管換熱森換熱性能分析：(1) 良好的對(duì)澆傳熱性能由于換熱管壁制凌成一個(gè)個(gè)的波紋所以介質(zhì)疫管澆動(dòng)肘其懇流屋敗島凹不平的壁而所破 壞這樣就丸大靈高了介質(zhì)的湍克屋.形成不斯的炭渦式湍流流動(dòng)可達(dá)到靈充分的換熱敗 果，從而靈壽了介質(zhì)間的對(duì)流傳熱糸救a(可大的提爲(wèi)23信丿,陣低了對(duì)澆熱阻1/a, 使波紋換熱氽具有良好的對(duì)流傳熱性能。(2) 良好的熱傳導(dǎo)性能本設(shè)備波紋換熱管采用不銹鋼薄壁管制成，不銹鋼具有良好的熱傳導(dǎo)性能.即熱倍導(dǎo)糸救入 大。切采用0.5mm0.7 mm的諒空

8、管這揮就保證減小了傳導(dǎo)熱阻b/入值。普通換熱森的換熱管壁厚般厚皮達(dá)2沏加3力加、而波.紋管換熱樂(lè)與之扌a比，同材質(zhì)侑 況下可提壽熱傳導(dǎo)性能23信。所以它具冇良好的熱傳導(dǎo)性能。G)較低的污垢熱阻由于換熱管采用波紋形所以介施A換熱管外壁流過(guò)時(shí)增加了湍澆流遠(yuǎn).形成了一個(gè)個(gè)向術(shù) 不斷渦流流動(dòng)的流態(tài)'大大減少了介施A換熱管外壁上積垢的可能，從而大恪皮降低了污垢 熱阻Rs<>(4)單住家積傳熱而積大由于換熱管旻由光管連續(xù)脹形外表而形成-ffl ffl的波紋所以外表面積均比同長(zhǎng)皮的光管 大如用(p27X07光管制成后的波紋管哀而積可以比廉來(lái)增丸20%左右，所以同先役的換熱 森，裝有同數(shù)量

9、的換熱管，裝波紋管的可以比裝光管的換熱而狡大。從以上分析可知，敗紋管換熱菸具冇良好的熱交換性能。3.2波紋管換熱森使用性能分析不污.不堵.不結(jié)垢由于該設(shè)備的換熱管采用不銹鋼材料制成，換熱管為波紋形的特點(diǎn)，增丸了介卓的湍流處， 減少了易和軟垢的平克層.大幅度減少了換熱管外型積污的可能故防堵性能好，管程時(shí) 蝕性好。不所以它照比其它換熱森大幅度減少了設(shè)備的清理維護(hù)工作量方便了用戶(hù)的使用。 呆近證實(shí)祈臺(tái)換熱森疫譯河供熱所己經(jīng)使用五個(gè)供毆期仍不結(jié)垢，這足以證朗新產(chǎn)芫冇很強(qiáng) 的盼結(jié)垢能力，從而也保障了換熱容的穩(wěn)走運(yùn)行(換熱效率不降低丿O(2) 盼漏能力強(qiáng)因?yàn)槊扛鶕Q熱管的冬個(gè)波紋都具冇1身補(bǔ)佞熱味冷編的功能

10、因此不需要彫脹節(jié)之類(lèi)的設(shè)逍 來(lái)減少管売程的溫差應(yīng)力.冇較強(qiáng)的迨應(yīng)熱膨脹能力。(3) 陸宸能力強(qiáng)笫一.由于換熱管波紋的加工使其fi身帝冇可型性。笫二.選用具冇較好的可塑性不銹鋼材料。笫三.采用了冰紋管與套管焊接后冉與管板內(nèi)焊的結(jié)構(gòu)。這擇就使敗紋換熱管與管板不直 掛接紘.減少了因厚皮譽(yù)引起的場(chǎng)部應(yīng)力。笫凹與波紋管焊接的套管處采用了統(tǒng)沖節(jié)加工結(jié)構(gòu)，如圖2扇部放大圖所示.也提壽了 其抗震性能。(4) 動(dòng)態(tài)性能好由于產(chǎn)生強(qiáng)化擾動(dòng)的流速謝達(dá)0.2m/s以上故負(fù)荷雯化而引起的管克速變化時(shí).也不彩響換 熱性能。(5) 減少設(shè)備維修量由于該產(chǎn)不污.不堵.不腐蝕.不結(jié)垢.密封性能好，不必象其它換熱睜那樣年年維修。

11、 一旦需維修，工作量也很小。(6)較高的永壓能力由于換熱管做成一個(gè)個(gè)的波紋形結(jié)構(gòu)照比光管增強(qiáng)了其承我莊力的能力使共更迨合心較 為的莊力下工作。由以上分析可知波紋管換熱樂(lè)具有良好的使用性能。4波紋管換熱帝繪濟(jì)祝令數(shù)益分析4.1較壽的經(jīng)濟(jì)效益性能可以節(jié)石材料成本換熱管管壁加工為波形如圖4所承為波紋管結(jié)構(gòu)加工尺寸圖，很島波球面半役為R.管外半 役為加工波紋島波率為R/r=12波紋間距（相鄰両波吟間的距）為24mm由幾何公或可得 列球而面積S球.球冠而積S瘡.S柱側(cè)面面積S柱如下：s 球=4nR2=4n (.2r) 2= 5.76nr2S 冠=2nRR-(R2-r2)l/2=2n(1.2r)1.2r(

12、l.2r)2-r2l/2= 1.3nr2S 柱=4nr(R2-r2)1/2=4nr(L2r)2-r21/2=2.65nr2圖4波紋管結(jié)構(gòu)尺寸由以上公式得到尋長(zhǎng)波紋外表而S波與直管外表而S克之比值如下：a=S QS 直=(S球-2S冠)/S直= (5.76-2X1.3) nr2/2.65nr2= 1.2沿?fù)Q熱管長(zhǎng)度方向上波紋分布率n為：ri=2(1.2r)2-r21/2/24=2(L2r)2-r21/2/24=0.055r如按p25X07規(guī)格的波紋管計(jì)算得列沿管長(zhǎng)布波率為68.75%.若按布敗率50%保守計(jì)算. 波紋管換熱而積與慮直管換熱面積比卩為:p=(1.2S 波+S 直)/2S 直= 1.1 (41)由式件1)的結(jié)果及(21)公式可以知道同樣換熱量Q,由于面積A(=S波+S直)的增大及K 值的提壽照比直管丸不銹叔換熱森波紋管丸換熱容可以較丸悟度減少設(shè)備制岌用料成本。 其中外丸用料可以至少陣低為普通換熱段用料的90%(=1/p)；換熱管用料如采照比同材質(zhì) 不銹鋼妨抖可以降低丸約一半以上材料如果腮比碳鋼材料，雖然成本提高了一些，但照比 其換熱能力的提壽幅度，總凌價(jià)并不壽。所以波塊管換熱森具有軼爲(wèi)的經(jīng)濟(jì)敗益性。(2)減少附件制凌媳用由于具冇良好的熱膨脹it應(yīng)能力，所以可以腮比一般結(jié)構(gòu)材料換熱容，可以減少安裝熱膨脹 節(jié)的的逍安裝條用上千元。4.2良好的竝會(huì)效益性對(duì)于相同的熱交換