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换热器由于其机械性能的灵活性,几乎可以满足所有的换热需求。在化工、发电、食品、电子、环境工程、机械制造、制冷空调、航空航天及废热回收等领域换热器已得到广泛的应用。随着节能、节材和提高经济效益的需求,迫使人们不断努力以开发出更高效的换热器。
螺旋隔板换热器是近几年发展起来的一种新型换热器结构,其理想的壳程流道使流体在壳程呈均匀的流动、几乎没有返混和流动死区。与普通的弓型隔板相比,螺旋隔板能使壳程压降更有效地转化为传热系数的提高。
本文以水和ISOVG32液压油换热为实验对象,研究了其在弓型隔板光滑管换热器(1#)、弓型隔板三维肋片管换热器(2#)、螺旋隔板低肋管换热器(3#)和螺旋隔板三维肋片管换热器(4#)壳程的传热与压降性能。根据总传热系数关系式,结合获得的管程传热系数计算出了4台换热器的壳程传热系数。误差分析表明,壳程传热系数误差小于2.7﹪。同时,还直接测量出不同流量下各换热器的壳程压降。
实验结果表明:随着油流量的增加,换热器的总传热系数、壳程传热系数、压降和换热量也增加。在相同的油流量下,4#换热器的总传热系数是1#换热器的2.5~5倍,它比2#换热器和3#换热器分别提高了21~25﹪和45~61﹪。同时,4#换热器的换热量Q也最大,其换热量Q是1#换热器的2.5~3.5倍,是2#换热器的1.15~1.25倍,是3#换热器的1.25~1.38倍。从壳程压降来看,在低流量下,4台实验换热器的压降区别不大,但随着油流量V的不断增大,2台螺旋隔板换热器的压降明显大于2台弓型隔板换热器。但4#换热器的传热流阻性能比最好,它是传热流阻性能比最差的1#换热器的2.77~3.3倍。因此,螺旋隔板三维肋片管换热器具有最佳的传热、压降和换热量综合性能。
本文还对螺旋隔板三维肋片管换热器的强化传热的机理进行分析,并对该换热器壳程传热系数的数学模型进行了推导,对模型的计算值与实验数据进行了对比,结果表明,计算值与实验值的平均偏差为6.96﹪。