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    不同封头对板翅式换热器流场及阻力的研究

    [时间:2013-07-02] [字体大小: 大号 中号 小号]

                           文章来源:www.g808.net/

           我厂研究了3种封头结构在不同Re下对板翅式换热器出口通道物流分配和阻力损失的影响。结果表明,基本型封头造成板翅式换热器内部物流分配极不均匀,而孔板型封头结构能有效地降低不均匀参数和最大流速比,改善物流分配效果;孔板型封头结构增加了抉热器的阻力损失和摩擦系数;错排孔板型封头在改善换热器物流分配的同时,也较好地抑制了阻力损失的增加,故其结构最为合理。

          板翅式换热器作为一种典型的新型紧凑式换热器,以其独特的优点,广泛地应用于能源、动力、化工、冶金、机械、原子能、航空和航天等领域。但由于在设计、安装时密度波的不稳定性和压降等原因造成流体在其内部分配不均匀,而物流分配的不均匀会引起换热器内局部通道的尺e发生变化,进而导致换热器整体效能的下降¨。

    针对物流分配引起换热器效能的影响因素,文献[3—6]研究发现物流分配的不均匀性主要发生在封头部分,而导流片部分的不均匀性,主要是由封头的来流不均匀所引起的。根据封头结构对物流分配的影响规律,笔者在数值模拟和实验的基础上设计了孔板型封头结构,对比研究了两种改进型的孔板封头和基本封头对换热器内部物流分配及阻力特性的影响。

         1实验系统及内容

         实验系统采用空气作为实验工质,实验系统如图1所示,主要由空气回路系统和数据采集系统组成。为了实现对截面小流量和温度的测量,将试件的流动截面划分为30个小区域,每个小区作为一个通道,可以进行小通道的流量和压差测量。

    分别对3种不同结构的封头(图2)进行实验,研究其对换热器内部物流分配及阻力(即进出口压差)的影响。3种封头设定如下:

        a.工业上普遍应用的基本封头,其结构尺寸与文献[6]中定义的封头A一致,设定为A型封头。

        b.孔板型封头结构,在基本型封头内部1/2高度的地方加入一不均匀打孔挡板。根据所加挡板类型,定义顺排挡板为B型封头,错排挡板为c型封头

        2实验结果的分析与讨论

        2.1相同尺e下不同封头结构物流分配的比较

        为了便于不同封头结构封头行比较,故将30路出口通道流速展开成一维直线,图3为Re=15o0时3种封头板翅式换热器流速分布情况。从中可以看出基本型封头A物流分配存在着严重的不均匀性,中问两排通道的流速明显大于其余四排通道的流速,随着通道远离总管轴线,其内部流量呈减小的趋势,对应入口管附近的第l2和17个通道的速度值极高,最大速度为2.270m/s;而远离入口管处于截面四角的第1、5、26、30个通道速度值极低,最小速度为0.228m/s,最大流速比0为9.951,不均匀参数s为0.652m/s。

        可以看出在基本型封头内部添加了打孑L挡板以后,无论是顺排还是错排孑L板,其30路出口通道的流速均匀性得到了明显的改善,其中央位置高流速区的速度大大降低,而四周低流速区的速度均明显升高,流速分布比较均匀,最大流速比0和不均匀参数s较基本型都有很大程度上的改善,封头B和C的出口通道的流速没有明显的突升和突降,而是比较均匀。相对于封头A,错排孑L板封头C的最大速度降为1.471m/s,最小速度升为1.288m/s,其不均匀参数s仅为0.053m/s。

         2.2不同尺e下封头结构对换热器出口物流分配的影响


     


        表1反映了不同封头结构下的不均匀参数s与尺e的变化关系。从中可以看出,随着尺e的增大,3种结构封头的流速不均匀参数s越来越大,这说明换热器出口的物流分配将会变得越来越不均匀。因此尺e是影响板翅式换热器物流分配的重要因素,而两种改进型的孑L板型封头较之基本型封头均有很大改善,错排型封头的物流分配效果始终优于其他两种结构。

       上述现象可以解释为:打孑L挡板型封头中央正对着入口管的地方孑L径较小,可以使来流受到较大的阻力,从而使得四周的孑L中流过的流体增多,而四周较大的孑L径保证了分流来的流体顺利通过。由于错排孑L板在当量直径的变化上更具有连续性,因而可以使得经过孑L板四周的流体速度不至于降的过低,从而提高了整个板束出口截面流速分布的均匀性。


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