1、研究与探讨板式换热器进出口段流道内的压力分布、流阻及流型显示的实验研究河北煤炭建筑工程学院 许淑惠 周明连摘要 对水在两种不同板型的板式换热器的进出口段内流动的压力分布、流阻及流型显示进行了实验研究。观测了该换热器进出口段内流动分布、流型规律 ; 实测了沿宽度方向的压差分布并计算了进出口段各槽道的流阻 , 从而揭示了影响板式换热器分流效果的因素。关键词 板式换热器 压力分布 流型1 引言工业中大量使用的板式换热器板片的进出段一般是具有各种复杂形状波纹的三角形波纹板。其作用是使流体从进口进入换热器后 , 通过进口三角区的分流 , 在整个换热器内各处均匀流动 , 提高换热器的效能 , 同时希望进出
2、口段流动阻力较小。由于进出口三角区波纹槽道复杂 ,流体在其中的流动状态也很复杂 , 所以大量的研究工作只能基于实验。近年来 , 国内外学者对板式换热器的总体性能作了较系统的研究 , 并对流体在波纹槽道内的流动机理作了多方面的探讨 , 这对新型高效能板式换热器的开发起了很大的作用。但就目前来说 , 尚没见到对换热器进出口段三角区内流动研究的报道。事实上 , 进出口段的波纹形状决定着分流效果 , 因此直接决定着板式换热器性能的发挥。本研究分别把国家 BR 210 和 BR 212 型两种波纹形状典型的板式换热器板片做成试验段 , 对其进出口段进行了压力分布、流阻与流型显示的实验研究。2 实验系统简
3、介流型显示实验系统如图 1 所示 , 压力分布及流阻试验系统如图 2 所示。图 1 流型显示实验系统12称重水箱 22软管 32实验段 42胶管 52示踪液62示踪液瓶 72软管 82稳压箱 92排气管 102开关阀112节流阀 122管道 132水泵 142水箱图 2 压力分布及流阻实验系统12称重水箱 22软管 32实验段 42胶管 52测压管62软管 72开关 82排气管 92稳压箱 102管道112节流阀 122水箱 132水泵21 节 能 1996 年第 8 期 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights
4、 reserved.本实验的实验段是由两片波纹板迭成的 ,其中下层板是换热器的不锈钢板片 , 上层板则是具有同样波纹的透明有机玻璃板片。这种有机玻璃纹板是 2mm 厚的有机玻璃板加热软压后 , 用模具压制成形的。图 2 中实验段上分布的测压点 , 通过软管与多管压力计中对应测压管相连。3 实验数据的处理方法换热器中间段波纹槽的平均过流面积处处相同 , 但进出段口的过流面积各处不等。为了便于比较 , 本文数据处理中采用中间段的过流面积计算。水力直径定义式为 :D H = 4 A m u式中 A m - 平均过流面积 ;u- 该截面的湿周。基于水力直径的 R e 数由下式给出 :R e= V m
5、D H Mm式中 V m - 平均截面处的平均流速 ;Mm - 水的运动粘度。第 i 流道阻力系数定义式为 :fi= ($P i $L i) D H (12 QV2m )式中 $Pi- 某一流道的测压孔间压差 ;$L i- 测压孔间距。4 实验结果及分析4. 1 流型显示实验结果BR 210 型板式换热器进口段的流型显示如图 3 所示。这种进口段的波纹特点是具有明显的从进口散射到整个板面的分流槽道。当 R e数低时 见图 3 (a) ,流动处于层流状态 , 且大体上是沿分流槽道流动 , 每流经一个上层板波峰时翻滚一次 , 同时分出一股向一边滑移。显然 , 这种侧向滑移使整个板面上的流动趋于均匀
6、。当 R e 数时 见图 3 (b) ,流速增高 , 流动处于紊流状态 , 偏移分流剧烈且提前。BR 210 型板式换热器出口段的流型显示如图 4 所示。出口段的流动状态与进口段的相似 ,且可看出各条示踪线色度相近 , 说明各处的流动速度大体相等。图 4 BR 210 型板式换热器出口段流型图311996 年第 8 期 节 能 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.BR 212 型板式换热器进口段的流型显示如图 5所示。这种进口段的波纹特点是没有分流槽道 ,整个板片上都是单一的人字形波纹。当
7、 R e 数低时 见图 5 (a) ,示踪液刚进入进口段 , 也是沿沟槽的稳定流动 , 而流到波纹板中间的人字型脊骨时 , 流动开始紊乱 , 而愈靠近进口一侧 ,流动愈不稳定。这在当 R e 数高时 见图 5 (b) 也能看出。图 5 BR 212 型板式换热器进口段的流型图BR 212 型板式换热器出口段的流型显示如图 6 所示。由此图可以看出 , 各条流线很不一致 , 当远离出口一侧的流动是很稳定缓慢的层流时 , 靠近出口一侧的示踪液也不能形成稳定的流线。这说明换热器内流动存在偏流现象。(a)R e= 80图 6 BR 212 型板式换热器出口段流型图4. 2 压力分布实验结果本文对两种试
8、验段测量了沿宽度方向各点(从无进口侧开始 , 各测点具体位置及顺序见图2) 的压力值及进出口的压力值 , 由此计算了进口、出口段各处的压力降 (压差 )。BR 210 型板式换热器进、出口段压差分布如图 7 所示。7 BR 210 型板式换热器进出口段压差分布41 节 能 1996 年第 8 期 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.BR 212 型板式换热器进出口段压差分布如图 8 所示。比较图 7 和图 8 则看出在相同 R e 数下 ,BR 212 型换热器进、出口段压力降比 BR 2
9、10 型的高 3 倍以上。图 8 BR 212 型板式换热器进、出口段压差分布4. 3 流阻实验结果本文将进出口段三角区分成七个部分 , 如图 9 所示 , 分别研究流道中的流阻。实验显示 , BR 210 型板式换热器进出口流道内的阻力系数 f 在当 R e 1000 时 , 随 R e 数增大下降较慢。可以推断 , 当 R e 1000 时 , 流阻主要是惯性阻力。另旬 , 通过比较可看出 BR 212 型换热器进出口段的阻力系数比 BR 210 型的高。以进口段第一条流道为例 , 当 R e = 2000 时 , 对BR 212 型换热器 , f1= 2. 3; 对 BR 210 型换热
10、器 ,f1 = 0. 3, 前者比后者高 7. 6 倍。对出口也有相似的情形。图 9 板式换热器进出口段的流道划分5 结论(1) 本文通过实验 , 首次给出了不同 R e 数下两种板型的进出口段内流动的流型分布 ; 不同 R e 数下的压差分布及各种流道中的流阻与R e 数的关系式。(3)由流型显示实验得出 ,BR 210 型换热器进出口段内流动主要是沿槽道的翻滚流 , 而在BR 212 型换热器进出口段内的流动主要是旋绕上下板片接触点的复杂翻滚流动。(3)BR 210 型换热器进出口段内流动速度在沿宽度方向分布大致均匀 , 而 BR 212 型换热器进出口段内流动速度在沿宽度方向的分布相差较大 , 存在偏流现象。(4) 通过流阻比较 , 发现在相同 R e 数下 ,BR 210 型换热器进出口段内流道的流阻比 BR 212 型的低 80% 左右。参考文献 (略 )编辑 高振起511996 年第 8 期 节 能 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
