DOI：10.11949/0438-1157.20200085

引用本文：鄭舒星, 朱子龍, 陳亞平, 吳嘉峰. 螺旋折流板換熱器質心當量矩形通用計算模型[J]. 化工學報, 2020, 71(7): 3050-3059

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螺旋折流板換熱器質心當量矩形

通用計算模型

鄭舒星，朱子龍，陳亞平，吳嘉峰

(東南大學能源與環境學院，低碳型建筑環境設備與系統節能教育部工程中心，江蘇 南京 210096)

/ 文章亮點 /

螺旋折流板換熱器可以克服弓形折流板換熱器存在流動死區等缺陷，尤其是把防短路與正三角形布管相結合的三分和六分周向重疊螺旋折流板換熱器方案具有優良的傳熱和流動性能，并可降低大型換熱器折流板的制造難度。螺旋折流板換熱器通用的設計方法是促進其發展與普及應用的前提。現有螺旋折流板換熱器螺旋通道的截面積是按照通道中被管排阻擋的最小截面計算的，而實際上螺旋流是逐步通過最小截面的，即螺旋通道截面是由最小截面和管間最大截面共同構成的。由于按最小截面公式計算的雷諾數不準確，因此無法獲得預測努賽爾數和摩擦因子與雷諾數關系的通用關聯式。本文提出了一種新型質心當量矩形(MCER)模型，可以較精確地計算螺旋折流板換熱器的螺旋通道的截面積和殼側流體雷諾數，并采用商用軟件HTRI和文獻的實驗數據對MCER模型進行了驗證，獲得了較滿意的結果。在相同條件下，按MCER模型計算殼側努賽爾數Nu_o的結果與采用換熱器設計軟件HTRI對四分螺旋折流板換熱器所計算結果的誤差在-10%~5%范圍內，與兩組文獻實驗結果的誤差分別在±18%和-5%~15%范圍內，但其摩擦因子的公式結果與上述來源結果比較的誤差都比較大，需要進一步完善。

圖1? 質心當量矩形(MCER)模型示意圖

/? 作者及團隊介紹? /

第一作者：鄭舒星(1995—)，男，碩士研究生，1416254977@qq.com

通訊作者：陳亞平(1956—)，男，博士，教授，博士生導師，ypgchen@sina.com

本團隊圍繞螺旋折流板換熱器進行了一系列研究工作，主要包括：

1) 針對圖2(a)所示的普通首尾相接的螺旋折流板連接方式存在的相鄰折流板連接處的短路泄漏問題，提出了圖2(b)所示周向重疊三分(六分)螺旋折流板換熱器結構，具有適合正三角形布管與防短路的特點，采用折耳[圖2(c)]或傾斜墊圈[圖2(d)]來補償傾斜角；

2) 指出軸向搭接的外側缺口開啟了指向下游通道的捷徑，是一種不合理的設計；

3) 數值模擬采用正六邊形等特殊切面展示了螺旋主流、二次流和三角區的泄漏流；

4) 立式三分螺旋折流板冷凝器，包括變導程、擋液堰、疏水缺口等強化疏水，減薄液膜的結構；

5) 軸向分隔螺旋折流板換熱器，如圖2(d)所示，應用場合：a通過傾斜角系列化來減少螺旋折流板模具；b對于凝結等過程要求截面積變化來適應容積流量變化的場合，采用相同傾斜角的折流板；c采用小傾斜角螺旋折流板來實現大導程，減輕由垂直激光切割加工的管孔對管子的磨損；

6) 半圓柱空間梯式螺旋折流板換熱器，用于逆流式U型管換熱器；

7) 提出了傾斜激光束切割加工螺旋折流板的方法；

8) 提出了質心當量矩形模型計算螺旋折流板換熱器的螺旋通道截面積，用于預測努賽爾數和摩擦因子與雷諾數關系的通用關聯式，由此編制通用的螺旋折流板換熱器設計和校核程序軟件。

圖2? 螺旋折流板的連接方式

總結

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