蒸汽冷凝传热特性的研究

蔡雨铮 闫绍峰 赵彬 刘帮建(辽宁工业大学,辽宁锦州121001)

蒸汽冷凝传热特性的研究

蔡雨铮 闫绍峰 赵彬 刘帮建(辽宁工业大学,辽宁锦州121001)

以水蒸汽为工质研究了波纹管管外冷凝时的传热特性。分析了波纹管强化传热机理,推导了冷凝传热系数的计算公式，实验中内管采用为波纹管,分为水平和垂直两种布置方式。结果表明，随着液体雷诺数的增加，传热系数增大。相对光管，波纹管外传热系数明显提高，波纹管有效地提高了管外的冷凝传热。

波纹管;雷诺数;压缩传热

波纹管是近几年来被广泛采用的一种强化换热元件,波纹管换热器作为一种新型高效管壳式换热器已越来越受到关注。这种换热器具有结构简单、加工方便、传热效率高、不易结垢、

热补偿能力强，而且还秉承了管壳式换热器坚固耐用、安全可靠、适用范围广泛等优点。因此,用波纹管做换热管优于其它异型管[1]。目前国内外已有许多学者对其换热性能进行了实验研究,但由于换热器内流体流动和传热机理相当复杂，许多波纹管强化传热的研究只给出了一些计算实验关联式[2-4]，但各种关联式计算结果差异较大，为此，本文以水作为工质，对波纹管管外冷凝传热强化机理进行了理论分析，推导了传热系数计算公式，计算结果与实验结果基本一致。

1 波纹管冷凝强化传热机理

波纹管结构与外径相同的普通光管相比，其强化传热有两个特点：面积增加;由于凝结膜变薄，传热系数增加。后者在强化传热方面起着重要作用。由于风箱波纹表面曲率很小，冷凝膜受表面张力的强烈影响，表面张力是由差压、液膜的波峰和低谷引起的液体膜的表面张力流型受表面张力和重力的压力差影响。为了提高传热的效果，表面张力应该大于重力。当表面张力大于重力时，当表面张力大于重力时，冷凝水的流动类型主要由表面张力控制。此时,波纹表面液膜流动模式类似,液膜在波纹表面波槽的底部,波峰区液膜变薄,大大降低了热阻表面的热流通过波区,强化了传热。该区域的冷凝是膜状的，但传热系数在串珠热系数范围内。在整个波纹表面底部的冷凝水收集槽区，重力大于表面张力，重力下的冷凝控制沿环向壁面向下流动，通过底部的热流的底部非常小。当表面张力和重力相结合时，凝结水的流动类型是复杂且难以准确判断的。液体的流动类型通常被简化为重力控制和表面张力控制缩合。光管是由重力控制的，可以通过努塞特理论计算出外管的传热系数。管外管的传热系数[8]

紊流时光管管外冷凝传热系数[8]

式中，g为重力加速度；ϕc为系数，对于竖直管ϕc=1.25，水平管ϕc=1.0；M为冷凝负荷，它是液相质量流量与润湿周长的比值；ReL，λL，ρL，μL分别为液相雷诺准数、导热系数、密度和黏度。而波纹管表面张力远大于重力，Nusselt理论计算式不再适用。

2 实验研究过程

2.1 实验设备及系统

实验研究所需设备主要包括水箱、水泵、管道、阀门、流量计、温度传感器、冷凝液流量计、蒸发器和冷凝器等；实验介质波纹管内为水，饱和水蒸汽在波纹管管外水平流动冷凝,冷凝器内水平布置5根波纹管，实验数据取5根管的平均值。实验结果表明，瓦楞管的壁薄，内壁形状变化的影响被忽略。波纹管有效管长1 m，水流量为0.058—0.215m3/h,蒸汽温度114℃，蒸汽压力0.15MPa，Re0=20～103。

3 结语

实验结果表明，该类型的风箱对传热和传热具有很好的效果。主要原因是波峰对流体的扰动影响。流速越大，扰动越大，传热效果越好。管壁光滑，有层流边界层，耐热性更大，传热效果更差。

(2)在垂直流动的情况下，冷凝水的流动是明显的，所以效果是明显的。

理论分析和实验研究表明，波纹管结构参数的合理分配使传热效应增加了2～5倍。其他波纹管的结构尺寸不同，对其主要性能有一定的影响，波峰和波峰的性能更好。

(4)在雷诺数的范围内，风箱和光学管的总传热系数随Re的增加而增加，而风箱的传热特性比光管多

[1]党高健,罗毓珊,陈听宽,王海军波纹管管外冷凝特性的研究化学工程2007,35(12):22～25.

[2]冯殿义,胡建生波纹管管外冷凝传热特性分析与实验研究核动力工程2008,29(1):110～113.