振蕩流熱管換熱器換熱性能及其在干燥系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、振蕩流熱管(OHP)是一種新型高效的傳熱元件。這種熱管具有優(yōu)良的傳熱性能，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管徑細(xì)，能隨意彎曲，可以采用不同的加熱方式和加熱位置，比傳統(tǒng)重力熱管有明顯的優(yōu)勢(shì)。振蕩流熱管換熱器作為一種新型的換熱裝置，適合用于以干燥系統(tǒng)尾氣為代表的低溫含濕廢氣余熱的回收，在化工、石化、龜力、冶金等重點(diǎn)耗能行業(yè)行業(yè)中有廣闊的推廣前景。
　　 國(guó)內(nèi)外對(duì)振蕩流熱管換熱器研究還處于初步階段，未能實(shí)現(xiàn)其在重點(diǎn)耗能行業(yè)的應(yīng)用。本文基于傳熱學(xué)理論，采用

2、實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，主要研究振蕩流熱管換熱器的換熱性能及其強(qiáng)化換熱途徑，為該換熱裝置推廣提供設(shè)計(jì)方法。
　　 對(duì)振蕩流熱管換熱器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。研究對(duì)象是由回路型熱管元件組成的振蕩流熱管換熱器。以傳統(tǒng)重力熱管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算為基礎(chǔ)，結(jié)合振蕩流熱管換熱器不同用于常規(guī)間壁式換熱器的特點(diǎn)，通過(guò)分析研究出了適用于振蕩流熱管換熱器的換熱系數(shù)及換熱溫差的計(jì)算式和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。換熱器的性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較多，從余熱回收的

3、角度出發(fā)，以熱回收率作為振蕩流換熱器單一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，較為簡(jiǎn)便直觀。
　　 通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)振蕩流熱管換熱器換熱性能進(jìn)行測(cè)定。分別在熱端通入干熱空氣和有蒸汽加入的混合氣體來(lái)研究振蕩流熱管換熱器的換熱情況，研究不同流動(dòng)方式和不同熱管加熱位置對(duì)換熱換熱量的影響，以及熱流體溫度、流量和濕度對(duì)熱回收率的影響，并研究了含濕氣體換熱系數(shù)隨含濕量的變化的關(guān)系式。結(jié)果表明，振蕩流熱管換熱逆流換熱比順流換熱換熱性能好。底部加熱的振蕩流熱管換熱效率高于

4、頂部加熱。對(duì)于含濕熱氣流，隨著熱氣流進(jìn)口的溫度的升高或濕度的減小，當(dāng)出口溫度遠(yuǎn)高于露點(diǎn)，振蕩流熱管換熱器的熱回收率而緩速增大；當(dāng)出口溫度低于或接近露點(diǎn)，熱回收效率顯著降低。基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出可用于存在空氣和蒸汽混合流體的對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算方法，該方法對(duì)于振蕩流熱管換熱器的設(shè)計(jì)具有很大的實(shí)用價(jià)值。
　　 應(yīng)用場(chǎng)協(xié)同理論指導(dǎo)振蕩流熱管換熱器的設(shè)計(jì)。基于場(chǎng)協(xié)同理論分析振蕩流熱管換熱器管排方式、結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)對(duì)換熱性能的影響。流體在

5、振蕩流熱管換熱器中的流動(dòng)與氣流橫向沖刷管束相類似，為整體分析被研究區(qū)域溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的協(xié)同程度，可通過(guò)場(chǎng)內(nèi)流體各點(diǎn)的局部速度矢量及相應(yīng)溫度梯度夾角之和的平均值βm來(lái)分析。當(dāng)冷熱端進(jìn)口截面相等，且忽略熱物性的差別，冷熱端各自風(fēng)速與換熱面積的乘積彼此相等時(shí)，振蕩流熱管換熱器冷熱溫差場(chǎng)的均勻性最好，換熱器性能最優(yōu)，這實(shí)質(zhì)上反映了冷熱流體換熱當(dāng)量的協(xié)同性。
　　 對(duì)振蕩流熱管換熱器分別建立二維和三維模型進(jìn)行數(shù)值模擬。研究了管束排列方式和

6、排列密度對(duì)流體與管束間對(duì)流換熱的影響，以及熱流體進(jìn)口溫度和冷熱流體流速的變化對(duì)振蕩流熱管換熱器換熱性能的影響，同時(shí)對(duì)冷熱端風(fēng)速與換熱面積乘積彼此相等的匹配關(guān)系進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證。結(jié)論是，管束叉排排列優(yōu)于順排排列方式，叉排時(shí)速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的平均β角要小于順排，Nu數(shù)大于順排。對(duì)于不同管束排列密度，無(wú)論順排還是叉排，順風(fēng)間距Pl對(duì)Nu影響均明顯大于迎風(fēng)間距Pt，合理選擇順風(fēng)間距Pl，是獲得較高場(chǎng)協(xié)同度的關(guān)鍵?？梢酝ㄟ^(guò)改變速度與換熱面積的匹配

7、來(lái)提高溫差場(chǎng)的均勻性，當(dāng)uhAh=ucAc時(shí)，即熱端換熱面積和流速之積與冷端換熱面積和流速之積相等時(shí)，換熱器的溫差場(chǎng)均勻性最好。冷熱流體進(jìn)口溫度對(duì)溫差場(chǎng)均勻性影響不大。熱風(fēng)流速越小，熱回收率越高。
　　 設(shè)計(jì)出用于木材和精制鹽干燥余熱回收的振蕩流熱管換熱器。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，對(duì)于木材干燥余熱回收系統(tǒng)，振蕩流熱管換熱器是理想的換熱裝置，采用uhAh=ucAc設(shè)計(jì)方法及叉排方式設(shè)計(jì)的振蕩流熱管換熱器性能優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的換熱器。對(duì)于精制鹽干