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【doc】 轴流型换热器进口段流阻.doc

【doc】 轴流型换热器进口段流阻

杨万青
2018-04-04 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《【doc】 轴流型换热器进口段流阻doc》,可适用于综合领域

【doc】轴流型换热器进口段流阻轴流型换热器进口段流阻第卷第l期年l月化I=JournalofChemicalIndustryandEngineering(China)VoNoDecember轴流型换热器进口段流阻罗小平,王军(华南理工大学工业装备与控制工程学院,广东广州)关键词:轴流型换热器阻力系数Lebesgue测度中围分类号:TQ文献标识码:A文章编号:O()FlowresistanceofinletsectionofheatexchangerwithlongitudinalfluidflowinshellsideLUOXiaopingWANGJun(SchoolofIndustrialEquipmentControlEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,Guangdong,China)Abstract:TheflowresistanceoftheinletsectionofheatexchangerwithlongitudinalflowinshellsidewasstudiedwiththedistributedfluidflowmethodTransversevelocityandlongitudinalvelocitywereinvestigated,andtheresistancecoefficientoftransverseflowwasanalyzedaswelPredictionwasmadefortheflowresistanceofinletsectionbasedonanumberofexperimentsandthecorrespondingequationwasobtainedThedeviationofthecalculatedresultswiththeequationfromtheexperimentdatawaslessthanKeywords:longitudinalheatexchangerflowresistanceLebesguemeasure引言对于折流板式换热器,壳体中折流板一方面增强了壳程流体的扰动,强化了流体的对流换热,另一方面不可避免地加大了流体的流动阻力,同时会产生流动死区,漏流等不良现象轴流型管壳式换热器由于壳体中无折流板,因而不存在流动死区等不良现象,壳程阻力损失明显降低轴流型换热器的传热效果虽因无折流板对流体的扰动而有所降低,但可采用缩放管,螺纹管,翅片管等强化传热管获得补偿由于轴流型换热器无折流板,因而可设计为高效紧凑的结构,提高传热效率,达到节收到初稿,收到修改稿联系人及第一作者:罗小平()男博士副教授基金项目:国家自然科学基金项目()广东省自然科学基金项目()能,省材的目的,在硫酸,石化等行业具有良好的应用前景文献对轴流型管壳式换热器壳程流阻进行了研究,实验与理论研究结果都表明该类换热器壳程阻力损失小,相比之下,进出口段阻力损失显得尤为明显,详细分析参见文献E如何降低进出口阻力损失是优化轴流型管壳式换热器的一个研究方向文献,用数值法分析了换热器入口段速度场的变化规律,但为了简化换热器的设计,直接的换热器进出口段阻力损失计算公式尤为重要,本文采用分流法导出了圆形外壳换热器进口段阻力损失的表达公式,为优化该类换热器的设计提供了相关基础Receiveddate:Correspondingauthor:LUOXiaopingassociateprofessorFoundationitem:supportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina()第期罗小平等:轴流型换热器进口段流阻模型的建立流体经人口管段横向冲刷管束后转化为纵向流流人壳程,换热器进口总阻力是由横向冲刷阻力及流体转弯引起的局部阻力叠加而成,取进口段换热器的一个截面(图)分析如下if颔杏石二耀哿I”:FigTransversalprofileofinletsectionofheatexchanger以截面的中心(圆心)为原点,建立xOy坐标系,每,排管都与z轴平行设管子排列为顺排,且以z轴为对称轴,管排数为偶数,设为N,横,纵向管间距分别为t,t对换热器壳体流通横截面aCR作如下剖分:以第i排管中心连线的tz为界构成的区域作为截面剖分,则有U对于Y的正半轴区域,第i排管中心线到,轴的距离d为d一(N一)t一ReosS,()从而一arccs(i=,,,,,…,N一,N,N)()对于N的管排,可类似得出一号arcsjn(i一,,,,,…,N一,N)()截面的总流通面积为S一nR一cm()S对应的区域称为流通区域,即为口区域截面每一个剖分的流通面积S为s一Rsindd:一J一sR(一)专(sinssins)d:(i一,,…,N)()至于S的计算,可由对称性并结合式()获得,参见图可知SN一SNlf(=,,,…,N一)()S对应的区域为剖分流通区域,记为由实际情况得:当i一时=o=()当i一N时,似=c()即和的值由式()和式()计算,而不由式(),式()计算,故得s一s一R(s一sin,s)一m()进口段阻力的求解设流体在壳程的纵向流速为,流体的体积流量为,则=()为了便于求解,对截面的每一个剖分的速度取平均流速,且引入特征函数:一{,),即把口中属于口的值映射为,其他映射为,则一()将式()代人式()得=lIv,Xdxdy()I易证明式()Lebesgue可积,且有If,dxdy一vim(a,)()ii式中T()为剖分的Lebesgue测度在壳程人口管段范围内,横向流经第i排管的流速可表示为一s』一j=l丽()则流经换热器第i排管进口段的压力损失由流体横向冲刷管束及流体转弯产生的阻力损失之和构成一寺}()当i=N时,流体在该排管的剖分区转弯,取流体转弯O的局部阻力系数,从而有ApN一和rm~N()按照相同截面压力降相等的原则可知,~xpz与流化工第卷体进口段压力损失Ap相等,故得Ap=Npv~Np(”Nv~,)()其中流体横向冲刷管束的阻力系数由流体绕流理论及不同管束排列的实验综合归纳为:对于光滑管络,对于缩放管(结构参数见图)os在实际应用或工程计算中,为了简化的计算,可把式()作如下近似NNV=m(a)m(a)一Sili从而V==v’)一w由式()得V一sJ一丽=瓦VNS~N()丽二二一J把式(),式()代入式()并经化简得一~N()其中由式()求解,S由式()求解,由式(o)求解根据实际传热管类型选择式()或式()计算式()适用于轴流型管壳式圆形外壳换热器进口段阻力损失的计算实验本文对光滑管(mm×ram),缩放管(结构系数参见图)为传热管的t×t分别为mm×mm,mm×mm,mm×mm种矩形排列结构空心环支承轴流式换热器进行了研究,实验采用空气一水作为换热流动介质,空气走壳程,实验温度范围是,O水走管程,实验温度范围是,O,详细情况参见文献实验结果与式()的计算结果对比如图所示,最大误差小于FigStructuralprofileofconvergingdivergingtube(dl=mm,d一mm,PI一trim,Pz=mmP一ram)REX(a)forconvergingdivergingtubeRe~lO一(b)forsmoothtubeFigDiagramofcomparisonofpressuredropininletsectionbetweenEq()andexperimentdata(abels”O”,”}:f”and””standforexperimentaldatawhiledashedlinesstandfortheoreticalresult:isfortubearrangementmm×mml““isfortubearrangementmm×ram!“’’isfortubearrangementmm×mm)结论对于壳程轴流型换热器,由于壳程压力损失小,进出口段阻力损失在换热器的总体压力降中所占份额较大,进而显得尤为重要,本文推导并得出了进口段阻力损失计算公式(),其中阻力系数由实验与理论归纳为式()和式(),式()适用于光滑管轴流型换热器,式()适用于图所示的缩放管轴流型管壳式换热器进口段阻力损失的理论计算结果与实验数据的相对误差小于第期罗小平等:轴流型换热器进口段流阻符号说明D换热器壳程流体人口管的直径,md传热管外径,mm换热器第i排管或第d剖分区域中传热管的根数Ap,人口段流体进入壳程并转弯产生的压降,PaR,换热器壳体内半径,mRPReynods数s截面第i个剖分的流通面积,mS流经换热器横截面的总流通面积,mtl横向管间距,mt纵向管间距,m流体横向流经第i排管的流速,ms流体体积流量,ms流体纵向流经第i排管的流速,ms第i排管与Y轴的夹角流体在第i排管转弯时产生的局部阻力系数}…一流体横向冲刷管排的阻力系数流体密度kgmRefefencesLLuoXiaoping(罗小平),DengXianhe(邓先和),DengSongjiu(邓颂九)ResearchonflowresistanceofringsupportheatexchangerwithlongitudinalfluidflowonshellEEEsideJournalofChemicalIndustryandEngineering(ina)(化工),,():O一DengXianhe(邓先和),HuangSiming(黄思铭),DengSongjiu(邓颂九)ResearchofheattransferandflowresistanceintheinletofshellandtubeheatexchangerwithlongitudinalfluidflowintheshellsideChemicalEngineering(化学工程),,():CominiG,NominoC,SavinoSConvectiveheatandmasstransferinwavyfinnedtubeexchangersInternationalJournalofNumericalMethodsforHeatandFluidFlow,,():KelkarKanchanMPatankarSuhasVNumericalpredictionofheattransferandfluidflowinrectangularoffsetfinarraysNumericalHeatTransfer:AnInternationalJournalofComputationandMethodologyPartA:Applications,,():NieJH,ArmalyBF,TaoWQ,WangQWThree~dimensionalturbulentflowintheexitheadsectionofaheatexchangerJournalofFluidsEngineering,,():OZhangHY,EbadianMAHeattransferintheentranceregionofsemicircularductswithinternalfinsJournalofThermophysicsandHeatTransfer,,():OLuoXiaoping(罗小平)PredictionsonFlowResistanceandHeatTransferCoefficientofRingSupportHeatExchangerwithLongitudinalFluidFlowinShellSideandltsStructuralOptimizationzdissertation(学位论文)Guangzhou:SouthChinaUniversityofTechnology,

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