1、第一章第一章 强化管内单相流体强制对流换热强化管内单相流体强制对流换热1.1 概述概述1.单相流体管内强制对流换热实验关联式单相流体管内强制对流换热实验关联式nmcNuPrRe（1）圆形管道截面）圆形管道截面管内层流换热管内层流换热管内湍流换热管内湍流换热14.03131PrRe86.1wldNu4.08.0PrRe023.0Nu管内过渡流流态换热管内过渡流流态换热14.03231321Pr125Re016.0wfeLdNu（2）槽道）槽道31PrRe85.1LdNue70PrReLde5.7Nu70PrReLde（3）等边三角形道）等边三角形道31PrRe5.1LdNue7PrReLde7.
2、2Nu7PrReLde2.单相流体管内强制对流换热强化技术单相流体管内强制对流换热强化技术（1）层流流动时）层流流动时 改变流体的流态改变流体的流态（2）湍流流动时）湍流流动时 减薄层流底层厚度减薄层流底层厚度1.2 层流时管内强制对流换热强化层流时管内强制对流换热强化1.改变管道形状改变管道形状例子：回转式空气预热器例子：回转式空气预热器 漏风量大、工况良好时为漏风量大、工况良好时为6%8%，密封不，密封不良时为良时为20%30%。另外回转式空气预热器的结。另外回转式空气预热器的结构复杂、制造工艺和安装要求高、运行维护工构复杂、制造工艺和安装要求高、运行维护工作量大，热态自动控制也较为困难。
3、作量大，热态自动控制也较为困难。结构紧凑、体积小、换热面密度高、整机质结构紧凑、体积小、换热面密度高、整机质量轻、金属耗用量少、利于安装布置、低温腐蚀量轻、金属耗用量少、利于安装布置、低温腐蚀较管式换热器轻等特点，适于在大型锅炉上使用。较管式换热器轻等特点，适于在大型锅炉上使用。条件：矩形通道的高度比条件：矩形通道的高度比a/b=1/5，三角形通道截面形状为顶角为三角形通道截面形状为顶角为40度的等腰三角形。度的等腰三角形。比较结果：矩形通道换热器的摩擦阻力损失比三角形通道低比较结果：矩形通道换热器的摩擦阻力损失比三角形通道低 30%，而换热面长度比三角形通道短，而换热面长度比三角形通道短18
4、%。在管子数目相同、工质流量及管道横截面周界均给在管子数目相同、工质流量及管道横截面周界均给 定的条件下，圆管的流通横截面积最大，矩形的最小，定的条件下，圆管的流通横截面积最大，矩形的最小，而流速恰好相反；而流速恰好相反；在各管道中温度条件相同时，矩形管道能增加换热在各管道中温度条件相同时，矩形管道能增加换热系数，但同时阻力也剧增。系数，但同时阻力也剧增。动力消耗、制造工艺、强度、换热面污染度等动力消耗、制造工艺、强度、换热面污染度等2.改善边界层中换热工况改善边界层中换热工况边界层厚度边界层厚度）换热强度（换热强度（1 Nu（1）换热器长通道分隔成多个短通道）换热器长通道分隔成多个短通道（2
5、）管内插入物技术）管内插入物技术纽带纽带原理：产生旋转流动和二次流，在离心力作用下使中心流体原理：产生旋转流动和二次流，在离心力作用下使中心流体 同壁面边界层流体充分混合，减薄边界层同壁面边界层流体充分混合，减薄边界层螺旋线圈螺旋线圈 内插螺旋线圈强化层流区换热，换热系数可提高内插螺旋线圈强化层流区换热，换热系数可提高3.5倍倍绕花丝内插物绕花丝内插物由几组相同的线圈环绕同一中心轴线扭转而成，由几组相同的线圈环绕同一中心轴线扭转而成，形成一种多孔体，流体分子微团，其在传热和形成一种多孔体，流体分子微团，其在传热和 流动方向上不断做复杂的三维宏观混合。流动方向上不断做复杂的三维宏观混合。弥散效应
6、：多孔体的弥散效应可以使流体在低流速下转变为弥散效应：多孔体的弥散效应可以使流体在低流速下转变为 湍流，产生与涡流相似的效果，令流体内部温度湍流，产生与涡流相似的效果，令流体内部温度 分布均匀，从而增大壁面附近温度梯度，使换热分布均匀，从而增大壁面附近温度梯度，使换热 增强。增强。（3）增加粗糙度）增加粗糙度当管壁粗糙度较小时，粗糙度对换热当管壁粗糙度较小时，粗糙度对换热和阻力没有影响和阻力没有影响当管壁粗糙度较大时，流体在粗糙度当管壁粗糙度较大时，流体在粗糙度处形成涡流，对换热和阻力有影响处形成涡流，对换热和阻力有影响但管壁粗糙度过高，对层流时的对流但管壁粗糙度过高，对层流时的对流换热并不有
7、利换热并不有利砂粒型粗糙管砂粒型粗糙管数同光滑管一样；时，阻力系数和换热系1bH力系数增加；时，换热系数增加，阻1bH较难加工较难加工（4）扭曲椭圆管）扭曲椭圆管纵向旋转和二次流纵向旋转和二次流管内阻力增加不大管内阻力增加不大2022-12-4171.3 过渡区时管内强制对流换热强化过渡区时管内强制对流换热强化1.管道截面形状管道截面形状非圆形管道非圆形管道正规过渡区正规过渡区非正规过渡区非正规过渡区有角的管道有角的管道无角的管道无角的管道2022-12-418（1）正规过渡区）正规过渡区等腰三角形管道等腰三角形管道管道大部分出现紊流，而在角上存在层流工况。管道大部分出现紊流，而在角上存在层流
8、工况。Re增大，角上层流区减小增大，角上层流区减小 在当量直径相同时，顶角减小，管道阻力和换热在当量直径相同时，顶角减小，管道阻力和换热 强度都成比例下降强度都成比例下降2022-12-419（2）正规过渡区）正规过渡区波形换热板波形换热板当单位换热面积流动阻力相同时，当单位换热面积流动阻力相同时，采用波形板结构换热量比光板结构采用波形板结构换热量比光板结构 增加增加40-50%。2022-12-420（3）正规过渡区）正规过渡区新型不锈钢多层波形管新型不锈钢多层波形管壁厚为壁厚为0.4-0.5mm的的 特种不锈钢板材特种不锈钢板材滚压成不同规格的圆形薄壁光管滚压成不同规格的圆形薄壁光管将焊缝
9、错开套装成多层薄壁圆形光管将焊缝错开套装成多层薄壁圆形光管利用特殊工艺涨波凸起成型利用特殊工艺涨波凸起成型2022-12-421直径段直径段速度降低、静压增大速度降低、静压增大弧形段弧形段速度增加、静压减小速度增加、静压减小周期性变化周期性变化 轴向伸缩能力较强，减小温差应力，轴向伸缩能力较强，减小温差应力，能适应较大的温度变化能适应较大的温度变化2022-12-422通道高度下降通道高度下降减小进口扰动，推迟层流向紊流过渡，通减小进口扰动，推迟层流向紊流过渡，通道易堵道易堵可以布置更多换热面，单位体积换热强度可以布置更多换热面，单位体积换热强度增强，可减小换热器体积增强，可减小换热器体积从多方面综合考虑从多方面综合考虑2022-12-4232.管壁人工粗糙度管壁人工粗糙度（1）Re的影响的影响2022-12-424（2）对）对Rec的影响的影响（3）粗糙度大小的影响）粗糙度大小的影响2200Re92.0983.0 cdd时时15801900Re85.091.0及及时时及及 cdd
