波纹管降膜蒸发器强化传热机理与传热性能研究

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第2 0卷第 4期20 0 5年 1 2月

天津科技大学学报J u n l f ini nvri f c n e& T c n lg o r a o a j U ies yo i c T n t Se eh ooy

Vo12 No 4 .0 . De . 2 05 c 0

波纹管降膜蒸发器强化传热机理与传热性能研究 冯志杰，刘振义，宋继田，李丁(天津科技大学机械工程学院，天津 3 0 2 ) 0 2 2

摘

要：从传热机理出发，对波纹管降膜蒸发器的结构特点和传热特性进行了分析，在一定的

实验条件下，进行了波纹管蒸发浓缩葡萄糖溶液的传热性能实验研究，得到了湍流传热分系数经验关联式，降膜蒸发器的改进和设计提供了依据。为

关键词：波纹管；降膜蒸发；强化传热；湍流中图分类号：K 2 T 14文献标识码： A文章编号：6 2 5 0 20 )40 4 -4 17￣ 1 (0 5 0 -0 80

S u n En ha c n a a f r M e ha s a t dy o g n i g He t Tr nse c nim nd Cha a t r si s r c e itc o l ng Fi n Co r a e be f Fa l l i r ug t d Tu i m

F N Z i i, I h ny, ONG J- a L ig E G h-e L U Z e -i S j i in, ID n t( ol e o e h n a E g e r g Taj nvri fS i c C l g fM c a i l n i ei, ini U i sy o c n e& T c n l y e c n n n e t e eh oo, g Taj 0 2 2 C ia i i 3 0 2, hn ) nnA s atT ec aatrt s fa ig l vp r i r a ae i￣ pr ae nm c a bt c:h h r eii ln m eaoao ae r tdi t s ae.B sdo eh- r c sc o f l f i tn n r nhn s o e tt n fr h t cu e s e il n e tta se h rc e si o o r g t d t b r im fh a r s,te s u tr p cat a d h a r n f rc a a tr t fc ru a e u e a e a e r y i c a ay e .Un e e ti x e me tl c n i o n lz d d r

c r n e p r na o d t n, te e p r n a e e r h o o d n i g gu o e a i i h x e me t lr s a c f c n e sn lc s i s l t n i h o r g td t b sc rid o n e tta se o ea in i u b ln o e i ou i n t e c ru ae u e i a r n a d a h a n f rc r lt n t r u e tf w r gme o e r o l i b an d,whc se p ce o o frt e b ssfr i rv me ta d d sg f al g f m v p r - so t i e i h i x e td t f a i mp o e n n e in o l n l e a o a e h o f i ito in.

Ke r s c ru a e u e al g f m v p r tr n a c n e tt n fr u b ln o y wo d: o r g td t b;f i l e a o a o;e h n i g h a r s;tr u e t w l n i a e l f

随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日益严峻，开发和应用高效、节能的换热设备具有重要的现实意义。降膜蒸发器作为一种高效的蒸发设备以其传热性能好，蒸发强度大，无静压头引起的沸点升高等优点，在化工、轻工、化纤、品加工、食海水淡化、医药、水处理等工业部门得到广泛的应用…。污波纹管应用于换热器，在列管换热器的基础上，是对传

件，波纹管和直管传热分系数的比较见图 2。波纹管与传统的直管相比具有显著特点。

统的直管结构进行改进，强化传热，提高传热系数，前在石油、工工业得到较为广泛应用。但将波化

纹管应用于降膜蒸发器的实验研究却鲜见报道，因此， 研究波纹管降膜蒸发器的强化传热技术，开发应用对新型节能和蒸发设备有重要的现实意义。

1波纹管传热元件的结构和特点 波纹管降膜蒸发器是采用波纹管( 1为换热元图 )

图 1波纹管结构图

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收稿日期：0 5 0— 5 2 0— 3 1

作者简介：冯志杰 (9 9一，, 17 )男河北邯郸人，硕士研究生

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20年 1 05 2月

冯志杰，:等波纹管降膜蒸发器强化传热机理与传热性能研究

4 9

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2波纹管强化传热机理降膜蒸发的主要形式是液膜自由表面蒸发，即液膜中的热量以对流的方式由加热管表面向液膜自由表面传递，在液膜表面产生蒸发现象H。波纹管强化传 j热是通过经特殊工艺加工的波纹管来实现的：一， 其由

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最

于波纹管截面的周期性变化，使得流动液膜的流动是在反复改变轴向速度和压力梯度下进行的，在规律处图 2波纹管和直管传热分系数的比较

性的挠动状态，使得湍动程度加剧，而液膜的湍动和附加的挠动冲刷了流体的边界层，使得边界层减薄，强化

( )传热系数高： 1由于波纹管自身波纹的存在，导致液膜流动总是处在规律性挠动状态并冲刷边界层， 即增强湍动又减薄了边界层，从而强化了传热。 ( )具有一定的防、 2除垢性能：由于波纹管特殊结构，加之管壁较薄，使之具有一定轴向伸缩能力。波纹管在工作过程中受到温差作用后，波纹管各部分曲率有所变化，因管壁污垢和金属的线膨胀系数相差很大，

了传热；其二，波纹管具有较好的自洁能力，使得污垢很难形成，大大减少了污垢热阻，强化了传热；其三，在蒸发过程中产生的二次蒸汽，是在连续改变轴向压也

力梯度下进行的，使得蒸汽产生剧烈湍动，从而破坏了 自由表面的相对稳定性，强化了传热，随着二次蒸汽的 大量产生和速度加快，导致液膜更大的波动，其与液面的相间剪应力，使液膜速度加快，厚度变薄，强化了传热；其四，波纹管不但扩大了传热面积，也增大了液膜的挠动，使冷凝液膜不易覆盖传热表面，传热效果有所

这种曲率的变化使污垢与波纹管表面之间将产生较大的拉力，使垢层脱落；在很小的雷诺数下即呈湍流状态，对管壁具有冲刷作用。 ( )结构紧凑， 3具有热补偿能力，可在较大温差下操作：由于换热系数较高，同样换热条件下，在结构紧凑，节省材料，占地面积小。 波纹管降膜蒸发器的缺点是，操作流量较大时会

提高，因此，纹管降膜蒸发器具有双侧强化传热效波果

3理论依据与实验实验装置流程图如图 3所示。实验装置由进料及

出现液膜的飞溅、脱体”“现象，使传热性能下降。

1循环泵；、、、2 1 . . 2 8 9 1、冷凝水储罐；. 3 3测量罐；、. 45料液储罐；、 . 7 1真空调节

罐i0 1. 4 1、5真空泵；1 1 . 1、冷凝器； 6 1. 7汽液分离器；8进料罐；、 . 1. 1 2流量计；0不锈钢制降膜蒸发器；1预热器； . 9 4 2. 2. 2汽包；3压力表 2 2.

图 3波纹管降膜蒸发实验装置流程图

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天津科技大学学报第 2卷第 4 0期

循环系统、蒸汽加热系统、二次蒸汽冷凝系统及真空系统等组成。其主体传热元件采用单根 4 34 0波，/, ( 3 4峰、波谷 )长 3m的波纹竖管，结构尺寸与生产实、 该

u——液膜表面速度， ~; m S 6——液膜厚度， m;3 v /=/ u;=

际相接近，具有代表性。蒸发器的物料进出口、二次蒸汽的出口、热蒸汽的入口处均设有热电阻和压力表，加 用于测定相应的温度和压力。加热管壁轴向上交错焊有 1 8只热电阻以测量壁温。

6/ d 2 u p/d x.

其边界条件为：

时R= 0时

=l _

降膜蒸发过程中，热量交换伴有动量、质量的交换，同时由于汽液交界面的存在，使得传热过程理论研究较为复杂，为简化模型提出以下假设：①溶液降膜为湍流，液膜厚度均匀，忽略波动效果；忽略波纹管进②口段速度场和温度场的影响；③液膜蒸发方式为自由 表面蒸发；④由于传热温差小， …… 此处隐藏：4752字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……