強(qiáng)化傳熱之螺旋線簡介講解

1、內(nèi)插物為螺旋線圈的強(qiáng)化傳熱 目錄 一一.管內(nèi)內(nèi)插物的簡介 二二.螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的基本原理 三三.專家對于螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的諸多 研究與分析 四.一組特定的研究實(shí)驗(yàn)與分析 五.小結(jié) 一一.管內(nèi)內(nèi)插物的簡介管內(nèi)內(nèi)插物的簡介 1.管內(nèi)插入物技術(shù)是已知最方便的一種強(qiáng)化換 熱技術(shù)，它的最大優(yōu)點(diǎn)是，適合舊換熱器 的改造設(shè)計，加工制造方便，可避免額外 增加換熱器，大大節(jié)省投資。 2.更值得一提的是：有助于清除管內(nèi)污垢，這 是其他強(qiáng)化換熱技術(shù)無法比擬的。 3.管內(nèi)插物的種類很多，常用的管內(nèi)插物有紐 帶、螺旋線圈、繞花絲、螺旋彈簧以及靜 態(tài)混合器等，不同的管內(nèi)插物具有不同的 形狀，故強(qiáng)化機(jī)理也不同。 今天讓我

2、們就 螺旋線圈內(nèi)插物的強(qiáng)化傳熱 和大家一起學(xué)習(xí)和探討。 2021-6-28 二二.螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的基本原理螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的基本原理 2.工業(yè)上為了強(qiáng)化流體之間 的換熱通常采用提高流速 和改變換熱表面的形狀來 實(shí)現(xiàn)換熱的強(qiáng)化. 3.強(qiáng)化傳熱的途徑: 一,增加傳熱推動力 二,增加傳熱面積 三,增大總傳熱系數(shù)K 增大K值可采用: (1)加大流體的流速. (2)改變流動條件. (3)減小垢層的熱阻R垢 影響強(qiáng)化傳熱因影響強(qiáng)化傳熱因 素與途徑素與途徑 1.影響流體換熱的因 素很多如： 流動起因、流體有為 相變、流體的運(yùn)動狀 態(tài)、換熱表面的幾何 形狀、流體的物理性 質(zhì)。 2021-6-28 螺旋線圈螺

3、旋線圈 螺旋線圈是把金屬絲 以一定的節(jié)距繞在一 根軸心上加工而成。 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有螺旋 絲徑d和節(jié)距P，管子 內(nèi)徑D。 2021-6-28 關(guān)于努賽爾數(shù)關(guān)于努賽爾數(shù)Nu 努塞爾數(shù)，（Nusselt number），是流體力 學(xué)中的一個無量綱數(shù)。 努賽爾數(shù)的物理意義 是表示對流換熱強(qiáng)烈 程度的一個準(zhǔn)數(shù), 表示 流體層流底層的導(dǎo)熱 阻力與對流傳熱阻力 的比。 2021-6-28 2021-6-28 Then 關(guān)于螺旋線圈的強(qiáng)化傳熱 增大總傳熱系數(shù)K 增大K值可采用: (1)加大流體的流速. (2)改變流動條件. (3)減小垢層的液垢熱阻R One.使流體邊界層得到擾動而產(chǎn)生二次流， 促進(jìn)湍流核心流

4、體與邊界層內(nèi)流體的混 合。 Two.螺旋線圈的往復(fù)運(yùn)動破壞層結(jié)在管壁 的液垢熱阻 三三.對于螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的諸多研究與試驗(yàn)對于螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的諸多研究與試驗(yàn) 2021-6-28 國外專家的研究 管內(nèi)螺旋線圈插入物強(qiáng)化 傳熱方面的研究和應(yīng)用已 有幾十年歷史，盡管如此， 知道20世紀(jì)90年代仍不斷 有新的研究結(jié)果見諸報道， 包括強(qiáng)化傳熱方面的權(quán)威 學(xué)者Bergles等還在做這方 面的研究，這反映出管內(nèi) 插入物強(qiáng)化傳熱技術(shù)在進(jìn) 一步拓展，對其基本特性 的認(rèn)識仍有待繼續(xù)深化。 國外專家chiou最早實(shí) 驗(yàn)研究過插入螺旋線圈 時輕質(zhì)發(fā)動機(jī)油的傳熱 與流阻，但未測定壁溫， 也就沒得到相應(yīng)的關(guān)系 式。

5、2021-6-28 國內(nèi)專家的研究 國內(nèi)早期對圓管內(nèi)插 入螺旋線圈進(jìn)行了透 平油的強(qiáng)化傳熱及流 阻特性試驗(yàn)（陳涉等 人），并根據(jù)試驗(yàn)數(shù) 據(jù)總結(jié)出傳熱與阻力 關(guān)聯(lián)式：傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù)和 流阻均隨流速的增加流阻均隨流速的增加 而增加，隨節(jié)距的增而增加，隨節(jié)距的增 大而減小。大而減小。 張至英等人采用鍍鋅 鋼絲繞成的螺旋線圈 對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi) 插件管進(jìn)行了大量的 試驗(yàn)，考察了不同鋼 絲直徑、節(jié)距以及鋼 絲與管壁接觸程度對 管內(nèi)氣體和其它介質(zhì) 強(qiáng)化傳熱的影響。 2021-6-28 四四.一個特定的研究實(shí)驗(yàn)與分析一個特定的研究實(shí)驗(yàn)與分析 下面我們通過一個以水為介質(zhì)的單 向流體的傳熱實(shí)驗(yàn)，來說明螺旋線

6、 圈為什么強(qiáng)化傳熱？ 2021-6-28 本實(shí)驗(yàn)是利用螺旋線圈在 Re為300050000范圍內(nèi)以 水為介質(zhì)的單向流體傳熱 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得到一系 列實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 采用?25mm2mm紫銅圓管， 試驗(yàn)段長1.68m，管內(nèi)走水， 管外的水蒸汽。 本實(shí)驗(yàn)采用 A=（Nus/Nu)3.5/(fs/f)作 為評價螺旋線圈綜合傳熱 效果的準(zhǔn)則。 （ Nus與Fs為加裝螺旋線圈 后的傳熱努塞爾數(shù)與阻力 系數(shù)，Nu與F為未加裝螺旋 線時的相應(yīng)值。） 2021-6-28 下圖顯示出了Nus隨Re的變化關(guān)系 2021-6-28 下圖顯示出了fs隨Re的變化關(guān)系 2021-6-28 下圖顯示出了A隨Re的變化關(guān)系

7、2021-6-28 2021-6-28 對于實(shí)驗(yàn)圖表的分析 現(xiàn)象一：現(xiàn)象一：加入螺旋線圈后，Nus和fs都較未加入時大。 Reason :隨著節(jié)距P的減小、絲徑d的增加使得螺紋 線圈加密、加粗，因此增強(qiáng)了對流體的擾動，所 以Nus及fs都增大。 現(xiàn)象二：現(xiàn)象二： Re和節(jié)距P一定時，隨著絲徑d的 增加，A值逐漸增加，這一定值后有隨著 絲徑d的增加而減小。 Reason:這是因?yàn)樵诮z徑d、節(jié)距p較小時， 線圈所產(chǎn)生的擾動對Nu的影響趨勢大于 其對fs的影響趨勢，所以A逐漸增大。隨 著d、p的逐漸增加，線圈對Nu的影響趨 勢又逐漸小于其對fs的的影響趨勢，所以 A值又逐漸減少。 2021-6-28 現(xiàn)象三：現(xiàn)象三： A值隨著Re的增加而逐漸增加達(dá)一 定值后又隨著Re的增加而減小，在Re范圍 為6000-9000之間的過渡流時，A值出現(xiàn)最大 值 Reason：主要由于在湍流時，液體已充分 擾動，螺旋線圈的擾動作用不占主導(dǎo)地位， 因而其強(qiáng)化效果在過渡流更好，A值最大。 2021-6-28