DOI：10.11949/0438-1157.20200085

引用本文：鄭舒星, 朱子龍, 陳亞平, 吳嘉峰. 螺旋折流板換熱器質(zhì)心當(dāng)量矩形通用計(jì)算模型[J]. 化工學(xué)報(bào), 2020, 71(7): 3050-3059

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螺旋折流板換熱器質(zhì)心當(dāng)量矩形

通用計(jì)算模型

鄭舒星，朱子龍，陳亞平，吳嘉峰

(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，低碳型建筑環(huán)境設(shè)備與系統(tǒng)節(jié)能教育部工程中心，江蘇 南京 210096)

/ 文章亮點(diǎn) /

螺旋折流板換熱器可以克服弓形折流板換熱器存在流動死區(qū)等缺陷，尤其是把防短路與正三角形布管相結(jié)合的三分和六分周向重疊螺旋折流板換熱器方案具有優(yōu)良的傳熱和流動性能，并可降低大型換熱器折流板的制造難度。螺旋折流板換熱器通用的設(shè)計(jì)方法是促進(jìn)其發(fā)展與普及應(yīng)用的前提。現(xiàn)有螺旋折流板換熱器螺旋通道的截面積是按照通道中被管排阻擋的最小截面計(jì)算的，而實(shí)際上螺旋流是逐步通過最小截面的，即螺旋通道截面是由最小截面和管間最大截面共同構(gòu)成的。由于按最小截面公式計(jì)算的雷諾數(shù)不準(zhǔn)確，因此無法獲得預(yù)測努賽爾數(shù)和摩擦因子與雷諾數(shù)關(guān)系的通用關(guān)聯(lián)式。本文提出了一種新型質(zhì)心當(dāng)量矩形(MCER)模型，可以較精確地計(jì)算螺旋折流板換熱器的螺旋通道的截面積和殼側(cè)流體雷諾數(shù)，并采用商用軟件HTRI和文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對MCER模型進(jìn)行了驗(yàn)證，獲得了較滿意的結(jié)果。在相同條件下，按MCER模型計(jì)算殼側(cè)努賽爾數(shù)Nu_o的結(jié)果與采用換熱器設(shè)計(jì)軟件HTRI對四分螺旋折流板換熱器所計(jì)算結(jié)果的誤差在-10%~5%范圍內(nèi)，與兩組文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差分別在±18%和-5%~15%范圍內(nèi)，但其摩擦因子的公式結(jié)果與上述來源結(jié)果比較的誤差都比較大，需要進(jìn)一步完善。

圖1? 質(zhì)心當(dāng)量矩形(MCER)模型示意圖

/? 作者及團(tuán)隊(duì)介紹? /

第一作者：鄭舒星(1995—)，男，碩士研究生，1416254977@qq.com

通訊作者：陳亞平(1956—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，ypgchen@sina.com

本團(tuán)隊(duì)圍繞螺旋折流板換熱器進(jìn)行了一系列研究工作，主要包括：

1) 針對圖2(a)所示的普通首尾相接的螺旋折流板連接方式存在的相鄰折流板連接處的短路泄漏問題，提出了圖2(b)所示周向重疊三分(六分)螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)，具有適合正三角形布管與防短路的特點(diǎn)，采用折耳[圖2(c)]或傾斜墊圈[圖2(d)]來補(bǔ)償傾斜角；

2) 指出軸向搭接的外側(cè)缺口開啟了指向下游通道的捷徑，是一種不合理的設(shè)計(jì)；

3) 數(shù)值模擬采用正六邊形等特殊切面展示了螺旋主流、二次流和三角區(qū)的泄漏流；

4) 立式三分螺旋折流板冷凝器，包括變導(dǎo)程、擋液堰、疏水缺口等強(qiáng)化疏水，減薄液膜的結(jié)構(gòu)；

5) 軸向分隔螺旋折流板換熱器，如圖2(d)所示，應(yīng)用場合：a通過傾斜角系列化來減少螺旋折流板模具；b對于凝結(jié)等過程要求截面積變化來適應(yīng)容積流量變化的場合，采用相同傾斜角的折流板；c采用小傾斜角螺旋折流板來實(shí)現(xiàn)大導(dǎo)程，減輕由垂直激光切割加工的管孔對管子的磨損；

6) 半圓柱空間梯式螺旋折流板換熱器，用于逆流式U型管換熱器；

7) 提出了傾斜激光束切割加工螺旋折流板的方法；

8) 提出了質(zhì)心當(dāng)量矩形模型計(jì)算螺旋折流板換熱器的螺旋通道截面積，用于預(yù)測努賽爾數(shù)和摩擦因子與雷諾數(shù)關(guān)系的通用關(guān)聯(lián)式，由此編制通用的螺旋折流板換熱器設(shè)計(jì)和校核程序軟件。

圖2? 螺旋折流板的連接方式

總結(jié)

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