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化工机械
2010年
酒窝状竖板降膜蒸发噐强化传热性能硏究
宋继田*刘文武李了茌俊
(天津科技大学
摘要研究了酒窝状竖板
降膜蒸发器的传热性能,对液膜不同流动状态时板外侧和板内倒传热进行
了研究,推导出无因次传热分系数关联式,提出改善蒸发器的传热性能必须从蒸发例着手的结论。
关键词降膜蒸发器酒窝状豎板强化传热
中图分类号TQ051.62文献标识码
文章编号0254-6094(2010)030270-04
符号说明
降膜菾发器的传热性能,并为工稈设计提供实用
G一一重力加速度,m/s2;
关联式,对于开发和研制酒窝状竖板降膜菾发器
ん一一传热分系数,W/(m2?K);
具有重要意义。
无因次传热分系数
1实验装置与測试方法
波纹曲率半径,mm;
实验装置的关键部件是由炳块长2.0m、宽
Re一诺准数;
0.5m、厚1.2mm的酒窝状不锈钢竖板周边缝焊,
Re。一一临界雷诺准数;
温度,℃
板面按菱形排列方式点焊后在专用胎具上充胀而
7-一加热蒸汽温度,℃;
成,该加热元件构成了降膜蒸发器的主体结构,形
rー一单位板宽液膜流量,kg/(m?h);
状如图1所示。
ル-料液粘度,kg/(s?m)
u一-运动粘度,m2/s;
进口
A一液膜的导热系数,W/(m?℃);
下标
液膜;
二次蒸汽。
酒窝状竖板降膜菾发器具有传热系数高、传
热温差小、结构简单、易于制造和不易结垢等特
点,广泛应用于造纸、食品、发酵、化工及医药等行
焊边
>焊点
业,在海水淡化和污水处理等领域也得到应
用-]。对于降膜传热性能,人们已做了不少实
验研究与理论分析,尤其对管式和波纹管式降膜
蒸发传热作了大量的研究工作
4~6
些研究结
果已应用于工程设计计算,而对酒窝状波纹竖板
图1加热元件结构示意
降膜蒸发器的传热性能研究却鲜见报道。为此
为测量加热元件表面温度,有25个热电偶焊
笔者将重点讨论酒窝状波纹竖板传热元件构成的于元件表面上,其中20个测量传热元件波纹凸点
天津科技大学实验室开放基金重点资助项目。
事率宋继田,男,1967年11月生,副教授。天津市,300222
万方数据
第37卷第3期
化工机械
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温度,5个测量传热元件波纹凹占温度。进出料转子流量计计量后,进入预热器进行预热,将预热
温度也用热电偶测量。加热蒸汽与二次蒸汽压力后的物料经过加热元件上方的均流板式布液器
由压力表测定,并与所测温度核对。所有实验数料液呈膜状均匀分布于加热元件炳侧的酒窝状波
据都在稳定状达30min后测取,为使之重现,每纹板面上,然后降落向下流动。加热蒸汽通入加
次实验至少重复3次。
热元件内腔中,通过计量蒸汽冷凝液量来计算传
实验流程如图2所示。操作时,进料流量由热量。二次蒸汽经冷凝后也进行计量。
预热器
锅炉来蒸汽
布液装量
加热蒸汽
蒸发器壳体
冷凝器
加热
元件
冷却水
至
汽包
地
沟
硫人流量计
却
料
排
真空
气
储
储罐
原料二
进料泵浓液循环系
真空泵
因2实验流程简图
2实验结果
有利于传热。另一方面,随着流量増大,液膜增厚
2.1酒窝状竖板外侧液膜蒸发传热分系数
而造成热阻增加,但液膜湍动加剧,净结果使液膜
液膜蒸发传热分系数ん1与蒸发温度T的关蒸发传热分系数ん增加。
系如图3所示,它表明随着蒸发温度的升高,传热
图4示出无因次液膜蒸发传热分系数b
分系数ん略有提高,这是因为一方面蒸发温度的(h1=h1(wレ/g)/A)与雷诺准数Re(R=4r
升高,使液膜粘度减小,从而液膜流动阻力减小,)的关系
8600
0.7
a8400厂-600g(m:h)
説0.6
?8200
尔芈
0.5
0.4
民尔
内80?T2=4000g(m)
0.1
7600
0.0
0200040006000800010000
诺数Re
92
98100
蒸发温度7、/G
图4无因次液膜蒸发传热分系数的变化
图3液膜蒸发传热分系数与蒸发温度的关系
由图4可见,随着Re的增加,液膜经过3个
万方数据
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区域:层流区、过渡区和湍流区,这3个区域中
与Re的关联式如下
波峰
层流区(100
过渡区(800
湍流区(1000
图6波纹表面的冷凝液侧形图
Re
以上表明酒窝状波纹竖板上降落液膜流型转
由于波纹的曲率半径比较大(r。=30mm左
变时雷诺数Re大致在800~1000范制内。
右),且不是纵向波纹,而是上一个波谷凝液要流
2.2酒窝状竖板传热元件内腔蒸汽冷凝传热分经下一个波峰,聚集凝液的能力较弱,对排凝液有
系数
利,因而本研究的冷凝传热系数比波纹管要高。
图5示出无因次冷凝传热分系数ん、"(ん,=此外,尽管冷凝侧波峰的点焊点会对冷凝产生某
h、(レ2/g)/A)与冷凝液雷诺准数Re的关系。
种影响,但是表面张力把凝液拉入波谷从而使波
峰膜变薄有利于传热的影响更为明显(图7)。
0.15
0.14
尔
0.13
类0.12
还
图0.00
0.
200
600800
图7波纹表面蒸发时的液体循环
诺数Re
理论分析与实验结果都表明酒窝状波纹竖板
因5无因次冷凝蒸发传热分系数的变化
与其他波纹管相比,其蒸发侧传热强化不大,
而冷凝侧传热强化显著。因而酒窝状波纹竖板蒸
由图5可见,冷凝液膜可分成两个区:层流区发传热中,蒸发侧传热是控制因素,要改善其传热
与湍流区。其转折点大致在Re=300左右。这两性能必须从蒸发側着手。
区b、与Re关联式如下
3结论
层流区(70
本实验条件下,酒窝状波纹竖板降膜恻无
湍流区(300
由于实验条件限制,冷凝液的雷诺准数Re最
层流区(100
大值仅为670。
过渡区(800
2.3酒窝状波纹竖板强化传热分析
湍流区(1000
有些研究者对波纹表面上的相变传热作过许
Re506
多研究,证明波纹表面能强化传热,但这些研究都3.2本实验条件下,酒窝状波纹板内腔无因次