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管壳式换热器壳程强化传热评价方法分析

第34卷第2期

2007年3月

华北电力大学学报

JournalofNorthChinaElectricPowerUniversity

Vol 34,No 2

Mar ,2007

管壳式换热器壳程强化传热评价方法分析

高晓东,冯 霄

(西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西西安710049)

摘要:分析比较了现有的强化传热评价方法与评价指标。通过分析管壳式换热器壳程传热与阻力性能特点,指出管壳式换热器壳程的强化传热研究,在采用能量系数K/N来评价强化传热时,应更着眼于提高其传热性能。通过推导分析,说明采用 / P1/3作为评价指标,能够准确评价壳程强化传热的性能。关键词:管壳式换热器;强化传热;壳程;评价方法

中图分类号:TK134 文献标识码:A 文章编号:1007 2691(2007)02 0095 03

Evaluationmethodstoheattransferenhancement

performanceinshellofshellandtubeheatexchanger

GAOXiao dong,FENGXiao

(SchoolofEnergyandPowerEngineering,Xi anJiaotongUniversity,Xi an710049,China)

Abstract:Theevaluationmethodsandindexesofheattransferenhancementperformanceareanalyzedandcompared.Throughtheanalysisoftheperformancesofheattransferandpressuredrop,itisfoundthatimprovingtheheattrans ferperformancesisthekeyissueofthestudyespeciallywhiletheenergyindexK/Nisused.Theevaluationquotaisderivedparticular.Throughtheanalysisofthesegmentalstructureoftheshell,thecalculationresultshowsitiseffec tivetoemploy / P1/3asevaluationindex.

Keywords:shellandtubeheatexchanger;heattransferenhancement;shell;evaluationmethod

积、传热负荷3因素中的两因素不变,比较第3

1 强化传热评价方法

要确定一项强化传热新技术是否先进,必须对其进行评价。但在实际的使用中,出现了多种评价强化传热的方法与评价指标。最早对换热器进行评价都采用单一参数,例如总传热系数K和压降 P,这两个参数均与流体的流速有关,故一般工程上采用在相同流速下比较总传热系数和压降。有人主张采用换热量Q与消耗的泵(或风机)的功率N的比值,即能量系数作为评价指标,类似的也广泛采用K/ P以及无因次化的Nu/ 来进行评价,为了更准确地反映强化传热的性能,进一步也可以使用K/ P1/3及Nu/1/3 作为指标[1~2]。随着传热技术的发展,换热器日益向体积小、重量轻的方向发展,同时在提高效率的前提下,要求操作费用降低。文献[3~4]在综合分析的基础上,提出了一套较为完整的性能评价数据,即维持输送功率、传热面

: 30因素的大小以评定传热性能的好坏。

这些评价都只是分析换热器的能量在数量上转换、传递、利用和损失的情况,即以热力学第一定律为基础。为了更准确地反映热量交换过程能量在质量上的损失,在理论研究中也提出了许多基于热力学第二定律的评价方法,即分析换热器中火用的转换、传递、利用和损失的情况。文献[5]提出了以熵产单元数Ns作为评价指标,文献[6]等在熵产分析的基础上提出强化传热性能因数来进行评价。有些学者还提出采用火用分析法[7~8]对换热器进行评价,采用各种火用效率来作为评价指标,它与熵产分析法类似,能从能量的质量上来讨论流动与传热的关系。而进行技术推广应用时,还应考虑采用强化换热技术后管子等价格的增加和运行费用的变化,运用经济核算的方法进行评价,即热经济学的评价方法。

而在实际的使用过程中,进行强化传热新技术、新方法的研究更多采用简单易用的单一参数K, P以及单一参数组合而成的K/ P,

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