管束横向节距对气体冷却器换热及阻力特性影响试验研究
正五边形管排方式管束传热和流动阻力特性研究
正五边形管排方式管束传热和流动阻力特性研究陈水林;马培勇;许本海【摘要】The regular pentagon tubes arrangement(RPTA) waspresented ,and its heat transfer and flow resistance performances was studied and compared with those of the traditional positive triangle tubes arrangement (PTTA) by comprehensive performance evaluation criteria (PEC) .The results showed that in the range of 9 000 22 000 of Re number ,the Nu number of RPTA increased by an av-erage of 9 .3% and the Eu number increased by an average of 13 .4% compared with those of PTTA , respectively .The comprehensive performance evaluation factorηwas in 1 .00 1 .08 .It has certain ap-plication value adapting RPTA in high Re number .%文章提出一种正五边形管排方式,对其传热和流动阻力特性进行了试验研究,并运用综合性能评价准则(performance evaluation criteria ,PEC)将其与传统的正三角形管排方式进行了对比分析.结果表明:在雷诺数Re∈[9 000 ,22 000]范围内,正五边形管束比正三角形管束的努塞尔数 Nu平均提高约9 .3%,欧拉数Eu 平均增加约13 .4%,综合性能评价因子η在1 .00～1 .08之间,在高 Re时正五边形管排方式更具应用价值.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)006【总页数】5页(P748-751,756)【关键词】正五边形管排;传热特性;流动阻力特性;正三角形管排;综合性能评价准则(PEC)【作者】陈水林;马培勇;许本海【作者单位】合肥工业大学机械工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学机械工程学院,安徽合肥 230009;安徽环态生物能源科技开发有限公司,安徽宣城242000【正文语种】中文【中图分类】TK1230 引言换热器是传热过程中必不可少的设备,在工农业生产中尤其是粮食干燥领域具有广泛的应用。
管束排列及管间距对换热器传热性能的影响分析
1 换热器传热性能数值模拟方法1.1 换热器传热性能数值模拟实验装置在化工设备领域，圆形翅片管换热器各个参数对换热器传热性能的影响，是研究者长期以来关注的重要内容[1]。
根据圆形翅片管换热器参数问题的研究现状，一些前沿化的研究成果多集中于翅片间距、翅片厚度、翅片半径、翅片数目和换热条件等多方面内容。
在笔者看来，根据换热器翅片管的结构，雷诺数、纵向管间距及管束排列方式等内容对换热器性能的影响，也是换热器传热性能研究过程中所不可忽视的内容。
在分析上述因素对换热器传热性能的银杏是，人们可以借助碳钢板材质的内插翅片管矩形通风管道，调整换热器的管束排列与管间距。
根据一些试验人员在在相关实验中所采取的经验，矩形通风管道的管道长度可以控制为2000mm、宽度可以控制为350mm ；高度可以控制为360mm，管道之中可以安插9排差翅片管；翅片管的直径为16mm 或32mm ；厚度为1mm，翅片之间的间距可以控制为6mm。
1.2 物理模型与计算方法转换器传热性能数值的物理模型建立在碳钢板材质的矩形通风管道的基础之上。
与之相关的简化模型应用有三维双精度解法器。
在边界条件设定过程中，研究人员可以将物理模型管壁看作是常温壁，管壁厚度对换热器导热的影响和翅片与管壁之间的接触热阻可以忽略不计。
在物理模型建构完成以后，流动过程与传热过程的支配因素主要涉及到了以下内容：一是连续性方程；二是动量方程；三是能量方程。
前文所述的实验设备的速度入口与压力出口可以被看作是模型的进出口，为避免试验模型出口处出现的回流现象，研究人员可以对出口处的计算区域进行延长处理。
在换热器近壁面区域温度变化较为激烈的情况下，研究者需要对近壁面区域进行网格加密处理，与之相关的湍流模型为RMG k-ε模型。
速度和压力耦合的计算方法为SIMPLE 算法，压力离散为Standard。
为保证实验过程的精确性，动量、湍动能和动量离散等内容需要采用二阶迎风格式，能量残差需要控制在10-9以下；其余物理量的残差需要控制在10-6以下。
汽轮发电机气体冷却器传热及阻力特性实验研究
包括空气循环系统和水循环系统两部分。在风洞 中， 来自 引风机的空气沿风道流至电加热器 ，被加热后沿 风道到达实验段 （ 即穿片式气体冷却器 ） 横 向冲刷穿 ， 片式翅片管束 ， 热空气与管束 内的冷却水进行热交换 ， 被冷却后进入喷嘴流量箱 ， 最后 回到风机 ， 完成循环 。 稳压水箱 中的水被加热到一定温度后由水泵输出 ，到 达实验段 ，冷却热空气后 回到水箱。
却器运行的安全性和可靠性 ，为此十分有必要通过模
要趋势。穿片式气体冷却器被广泛应用 ，以提高 电机 化实验来进一步研究其传热和阻力特性变化规律。 的冷却性能 ，增加单机容量。穿片式气体冷却器有许 ２ 实验方 法 多独特的优点 ，它的翅化系数很高 ，散热性能好 ，紧 凑性也较好 ，能减少原材料消耗 ，降低成本 。另外 ， ２１ 实验 系统和 数据 测量 ． 本实 验在 如 图 ｌ所示 的循 环风洞 中进行 。该 系统 由于一块薄金属片上穿有许多管子 ，当有一根管子因 故堵塞时 ， 该管周围的翅片并不会完全失效 ，仍有一 定的散热能力 ，因而堵管对散热能力的影响比其他型
Ｐ ＥＮＧ Ｍ ｉ ｈ ｎ ， — ａ ｃ
（ ｎｖ ｒｉ ｆ ｈ ｎ ｈ ｉｏ Ｓｉｎｅ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ０ ３ Ｃｈｎ ） Ｕ ｉｅｓｙｏ Ｓ ａ ｇ ａ ｆｒ ｃｅｃ ｄ ｅ ｈ ｏｏ ｙＳ ａ ｇ ａ ２ ０ ９ ， ｉａ ｔ ａ
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔｌ ｔ ｄ ｎＨｅ ｔ ｒ ｎ ｆｒａ ｄ Ｒｅ ｉｔ ｎ ｅＣｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓｏ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｕ ｙｏ ａ ａ ｓｅ ｎ ｓｓａ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｆ Ｓ Ｔ ｃ
探析横管式煤气初冷器阻力大的原因及应对措施
探析横管式煤气初冷器阻力大的原因及应对措施作者：孙志明来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2021年第03期【摘要】在焦化行业内，炼焦过程必将产生大量焦炉荒煤气，采用煤气鼓风对焦炉荒煤气进行处理就成为工作重点，不仅能够促进环境的改善，还可以回收荒煤气中大量的化工原材料，并带来较大的经济效益。
但在焦化厂实际生产中，横管式煤气初冷器常常因阻力过高发生故障，对煤气鼓风机的正常运作形成干扰，造成装置沉积物阻塞与环境污染等问题。
论文以湖北中平鄂钢联合焦化有限责任公司的横管式煤气初冷器为实例，简要分析阻力增大的原因及应对措施。
【Abstract】In the coking industry， the coking process will produce a large number of coke oven gas. The treatment of coke oven gas with gas blower will become the focus of work， which can not only promote the improvement of the environment， but also recover a large number of chemical raw materials in the gas， and bring greater economic benefits. However， in the actual production of coking plant， the horizontal pipe gas primary cooler often fails because of the high resistance，which interferes with the normal operation of the gas blower， resulting in the problems of sediment obstruction and environmental pollution. This paper takes the horizontal pipe gas primary cooler of Hubei Zhongping Steel Joint Coking Company Limited as an example， and briefly analyzes the reasons and countermeasures of the increase of resistance.【關键词】横管式煤气初冷器;阻力;原因;应对措施【Keywords】horizontal pipe gas primary cooler; resistance; reasons; countermeasures【中图分类号】TQ545 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2021）03-0158-021 引言湖北中平鄂钢联合焦化有限责任公司于2004年和2009年分两期建设4座55孔JN60型复热式焦炉，配套干熄焦、备煤、煤气净化及辅助设施，设计年产焦炭共220万吨的规模，且4座焦炉均为顶装式焦炉。
横向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的实验研究
第31卷第8期中国电机工程学报V ol.31 No.8 Mar.15, 20112011年3月15日Proceedings of the CSEE ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng. 67 文章编号：0258-8013 (2011) 08-0067-06 中图分类号：TK223 文献标志码：A 学科分类号：470⋅20横向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的实验研究马有福，袁益超，刘聿拯，胡晓红(上海理工大学能源与动力工程学院，上海市杨浦区 200093)Experimental Studies on the Effects of Transverse Pitch on Heat Transfer and Flow Resistance Characteristics of Serrated Spiral Finned Tube BanksMA Youfu, YUAN Yichao, LIU Yuzheng, HU Xiaohong(College of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology,Yangpu District, Shanghai 200093, China)ABSTRACT: In the interest of the effects of tube layout structures on heat transfer and flow resistance characteristics of serrated spiral finned tube banks (SSFTB), nine SSFTB with staggered layouts in terms of various transverse pitch and longitudinal pitch of tube banks were tested after an analysis of its influencing mechanism. Accordingly, the effects of transverse pitch on heat transfer and flow resistance characteristics of SSFTB were performed, and the calculating correlations of heat transfer and flow resistance of SSFTB were put forward. The results from experimental studies are: in the range of relative transverse pitch of tested tube banks 2.31~3.15, with the increasing of transverse pitch the Nu number change slightly (<3%) and the Eu number evidently decrease about 20%, meanwhile the comprehensive heat transfer performance index j/f (ratio of Colburn heat transfer factor and Fanning friction factor) increase about 25% in the same Re number and longitudinal pitch. The comparisons of bare tube banks and staggered layouts indicate that SSFTB have outstanding performances of heat transfer enhancement, so it must have widely applied prospects in large-scale heat-exchange facility.KEY WORDS: heat transfer enhancement; heat recovery steam generator (HRSG); heat exchanger; serrated spiral finned tube; heat transfer characteristic; flow resistance characteristic摘要：为获得管束布置结构对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响，在分析其影响机制的基础上对9个锯齿螺旋翅片管错列管束进行了实验研究，获得了横向节距对锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性的影响规律，并提出相应的关联式。
空气横掠管束时换热的实验研究
空气横掠管束时换热的实验研究能动建环08-01班吕林200826060118摘要流体横掠管束时的对流传热与横掠单管时不同，除管径影响传热系数外，管距、管排数和排列方式也影响对流传热系数。
由于相邻管子的影响，流体在管间的流动截面交叉地减少，流体在管间交替地加速和减速。
管距的大小影响流体流动截面的变化程度和流体加速与减速的程度。
在保持风速不变，功率改变时，随Ｐr w增加换热系数减少，管束排列方式对h的影响比较明显。
关键词：横掠光管叉排顺排换热系数Ｎu数Ｒe数一、实验原理在空气横掠管束时，从第二排起，后排管子都处于前排管子的尾流中。
在尾流涡旋的作用下，后排管子的对流传热系数h比前排高，也就是说，第二排管子受第一排尾部涡流的影响，h2＞h1；第三排管子受第二排尾部涡流影响，而且由于这种涡流经第一排和第二排管束的共同作用，扰动更强烈，所以h3＞h2。
同样＞h3…，但经过几h排管子以后扰动基本稳定，h z几乎不再变化。
管束排列方式对h的影响比较明显。
叉排时流体在管间交替收缩和扩张的弯曲流道中流动，顺牌时则流道相对平直。
无论是叉排还是顺排，第一排的管子具有流体流过单管时的流动特性和欢乐特征。
但从第二排开始，顺排每排管子正对来流的一面处于前排管子的漩涡区，所受的冲击变弱，流动方向较为稳定。
而叉排时，由于流动方向的不断改变，虽然流动阻力大，但混合较顺排为佳。
一般来说，叉排的平均换热系数要比顺排的时候大。
而当R e很大时，由于强烈的漩涡区的扰动，顺排管束的平均换热系数有可能超过叉排，而且在管间距较大时更为明显。
二、实验装置及测量系统1、电源开关2、仪表开关3、交流供电开关4、交流调压旋钮5、直流大功率电源6、差压表7、交流功率表8、电流表9、电压表10、十六路温度巡检仪11、四路温度巡检仪12、毕托管13、风道14、热电偶（测来流温）15、热电偶（测管壁温）16、管束试件（顺、叉排）17、交流0~220V（连续可调）供电电极18、变频器，实验台采用的排列方式和尺寸如图。
气体横掠单管表面对流换热实验
创新实验课流体力学多尺度流动创新实验实验报告姓名：学院：学号：实验名称：气体横掠单管表面对流换热系数实验气体横掠单管表面对流换热一、思考题1、答：（1）流动状态的影响层流底层薄，动力消耗大。
（2）强制对流和自然对流的影响强制对流：外部机械作功,一般u较大，故较大。
自然对流：依靠流体自身密度差造成的循环过程,一般u较小，也较小。
（3）流体物性的影响的影响：的影响：的影响：单位体积流体的热容量大，则较大的影响:定性温度：各种表面传热系数所用数据的特征温度。
（5）传热面条件的影响不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离，产生旋涡，增加湍动，使增大。
定型尺寸：对表面传热系数有决定性影响的特征尺寸。
（6）相变化的影响一般情况下，有相变化时表面传热系数较大，机理各不相同，复杂。
2、答：壁面温度温度稳定测得的数据减小了导热对对流换热的影响，进而减小实验误差，有利于准确的测出对流换热系数，得到回归准则方程。
二、数据整理根据每次实验工况所测数据计算整理得出相应的Nu、Re的值，连同其它组的实验数据，在双对数坐标纸上，以Nu为纵坐标，Re 为横坐标。
将各个工况点标示出。
它们的规律可以近似的用一条直线表示：则Nu、Re之间的关系可近似表示成幂函数形式：．根据实验数据用最小二乘法或作图方法得出上述关联式中的C和n的值。
三、实验收获在本次实验中，我加深了流体力学和传热传质相关知识的理解，掌握了相关知识的应用，很建议在学习传热学的时候可以上这门实验课，对于知识的掌握和应用有很好的帮助。
横管式煤气初冷器热工特性分析(1)
表1
初冷器编号
冷却介质测试数据
循环水 低温水 进/出温度/℃ 26.08 31.20 26.08 30.48 26.08 27.40 26.08 32.43 进/出温度/℃ 流量/M3* h-1 35.6 35.6 35.6 35.6 54.22 41.03 61.05 72.60 1200 1200 1200 1200
而在二段随着煤气温度降低，萘饱和后会析 出冷凝在冷却水管和器体内壁面，这时如果 冷凝液喷淋的不够均匀或喷淋密度不够极易 使管外热阻增大，甚至阻塞初冷器。管外侧 表面换热系数的影响因素较多，如煤气的温 度、粘度、流速、冷却水管的形状及布置方 式等参数。由于各初冷器管外介质均为焦炉 煤气，并且在测试中发现各冷却器进出口温 度最多相差不超过5℃，煤气组成及杂质含 量基本相同，可以推测管外介质的热物理参 数相差不大，因而对表面换热系数构成较大 影响的是煤气的流速及冷却水管的形状和布 置方式。
3.2换热系数的计算 换热系数的计算 煤气与冷却水间的换热系数和冷却水吸热量的计算值 见表2，表中K和Q分别表示换热系数和冷却水的吸热量， 其中一段的冷却介质为循环水，二段为低温水。计算参 数为冷却水吸热量和各段换热系数，并假设焦炉煤气与 冷却水的换热是稳态的，即在任何时刻焦炉煤气的放热 量等于冷却水的吸热量，相关的计算公式为［3］： Q K=-------------F ·△tm Q=cm (t 2-t1) 式中：F为换热面积，△tm为对数平均温差，t2和t1分 别为各段冷却水出口和入口温度，c为冷却水的定压比 热容，m为单位时间内通过初冷器的冷却水质量H-1
结果与分析
3.1煤气流量和冷却水 煤气流量和冷却水 测试各初冷器一段循环水与二段低温水的流量及进 出口温度的平均值，如表1所示。不同初冷器一段 循环水的出口温度从41℃到72℃不等，有些严重偏 离工艺规定的45℃，可能导致水垢，循环水塔防漏 材料的老化，药剂失效，耗量增加，不利于设备长 期、正常运行。 根据检测结果发现，循环水的温度变化受煤气流量 影响较大。当循环水的进水温度不可调节时，应根 据煤气流量的大小和煤气压力的高低调节循环水流 量，并将冷却水的出水温度稳定在一个合适的水平。
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对 相 关部件 进行 冷却 。为保证 冷却 后 的气 体温 度符 合要 求 ， 对气 体冷 却器性 能的优化 研 究显得 极为 重要 。由于气 体冷 却器 热阻主 要集 中在基 管外 侧 ，为 改善传 热效 果 ，研究 人员将 主 要精 力 都集 中在 该侧 的换热 强化 上 。 强化气侧 换 热 的一 个 重要方 法就 是在基 管外侧 加 装各 种类 型 的翅 片。 工程 实 际应用 中通 常采 用 的翅 片有 平直 翅片 、 波纹 翅 片和开缝 翅 片等 。国内外研 究人 员Ｌ 』 ２
ｌ
卜 电 加 热 器 ； 一 验 段 ； 一 嘴 流 量 箱 ； 一风 机 ； － 机 ； 一 压 水 箱 ； 一 泵 ； ２试 ３喷 ４ ５电 ６稳 ７水
８涡 轮流 量计 ；一 节 阀；０ 进 口水室 ； 卜 出口水室 一 ９调 １一 １
图 １ 试 验 系 统 图
Ｆｉ ． Ｓ ｈ ｍ ａｉ ｆ ｈ ｏ ｅ－ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ｇ １ ｃ ｅ ｔ ｏ ｅｍ ｄ ｌ ｓ ｓ ｓｅ ｃ ｔ ｔ
该 系 统主 要 由空 气循 环 系统 和水 循 环 系统 两部 分 组成 ，并配 以测 量 系统 、 电气及 控 制系
统 和数 据采 集系 统等 辅助 系统 。 验 中 ， 自引风 机 的空气 经 电加热器 加 热后沿 风道 到达 试验 试 来 段（ 即气 体冷 却器 ） 并横 向冲刷翅 片 管束 ，与管束 内的冷却 水进 行热 交换 ， 被冷却 后 的空气 流经 喷 嘴流 量箱 以测 量风量 ， 最后 返 回引风 机完 成循 环 。 压水箱 中的冷却 水在 加热 到一 定温 度后 稳
翅 片型 穿片式气 体 冷却器 的换热及 阻力特 性进 行试验 研 究 ， 为波纹 翅片 型 穿片式 气体冷 却器 的 性 能与 结构优 化提 供依据 。
１ 试 验 系 统
１ 试 验装 置 ． １
本文 试 验 以相 似模 化 原理 为 理论 基础 ，用空 气 作 为模拟 介 质采 用 稳态 法在 高温 闭式循 环 风洞 上对气 体冷 却器 的换 热 与阻力 特 性进行 研 究 。试 验 系统 图 １ 示 。 所
收稿 日期 ：２ １—４ ２ ０２０—０ 作者简介 ：顾守绿 （９ ５ ） １６ 一 ，男 （ ，教授级高级工程师，ｇ ｓｌ ｈｎ ｈ ｉ ｌ ｔｃｔｍ 汉） ｕｈ＠ｓａ ｇａ— ｅ ｒ ． ｅｃｉ ｏ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ２期
顾守绿： 管束横 向节距对气体冷却器换热及 阻力特性影响试验研究
８ ７
对影 响翅 片管 换热 器性 能 的各种 因素 如管 束排 列方 式 、管排数 、管 间距 以及 翅片 参数 （ 如翅 片 材料 、 间距 、翅片 厚度 、翅 片类 型） 进行 了广 泛深 入 的研究 。本 文将 从管 束横 向间距 对波 纹 等
能源研 究与信息
第２卷 ８ 第 ２期
Ｅ ｅ ｇ ｓ ａｃ ｎ ｆ ｒ ｔ ｎ ｎ ｒ ｙ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ｉ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｏ Ｖ １ ２ Ｎｏ ２ ２ １ ｏ．８ ． ０ ２
文章编 号： １ ０— ８７ ２ １） ２ ０ ８ — ６ ０ ８ ８ ５ （０ ２ ０ — ０ ６ ０
的最 有效 、最现 实途 径 。 气 体冷 却 器是 采用 气体 介质 冷 却 的发 电机通 风 冷却 回路 中的重 要设 备 。它通 过 自身特 殊
结 构 ，实现 冷却 水与气 体冷 却介 质之 间 的热 量 交换 ，从而 将气 体冷 却介质 冷却 。冷却 水将热 量
吸收后 ， 通过循 环流 动将 热量 带 出冷却器 外 ， 降温后 的气 体冷 却介质 则再 次进 入发 电机 内部 而
用 水泵 输送 到试验 段 ，冷 却热 空气 后少 量直 接排 放 ，大 部分 回到稳 压水 箱 中 ，并利用 补充 适量
自来水 以维 持水 箱 中水 温 稳定 。
管束横 向节距 对气体冷却器换 热及阻力 特 性影响试验研 究
顾 守绿
（ 上海电气 电站设备有 限公 司 上海发 电机厂，上海 ２ ０ ４ ） ０２ ０ 摘 要： 改善 汽轮 发电机冷却技术是提 高汽轮发 电机 单机 容量的最有效、最现实途径 。气体
冷却 器是 汽轮 发电机 的重要 设备之一 。其传热与 阻力性能将直接影响汽轮发 电机 的运行经济 性和 可靠性。为实现汽轮发 电机 气体冷却 器的优化设计 ，对管束 不同横 向节距 的波纹翅 片型 穿片式冷却 器的换热和阻力性能进行 了试验研 究，分析 了管柬横 向节距对 气体 冷却 器换 热和
和 转子锻 件 及转 子扰度 的 限制 ，所 以 ， 计 中主要 依靠提 高 电磁 负荷适应 电机 容量 的增 大 。而 设 提 高 电磁 负荷必 然会增 加发 电机绕 组等 部件 的 发热量 。 为确 保汽 轮发 电机各 部件 的温 升在 允许 的范 围之 内 ，需 及 时将定子 绕组 、转 子绕组 、定子铁 芯所产 生 的热量 带 出机 外 。因此 ，发 电机 单机 容量提 高 主要通 过不 断改 善汽轮 发 电机冷 却技术 而 实现 ， 也 是提高 汽轮 发 电机 单机 容量 这
阻 力 性 能 的 影 响 规 律 。研 究成 果 对 汽 轮 发 电机 气体 冷却 器 的 结构 与 性 能优 化 具 有 重 要 的指 导
作用。
关键词： 汽轮 发电机；气体冷却 器；换热；阻力； 向节距 横
中图 分 类 号 ： Ｔ ３ １Ｔ ７ Ｍ １， Ｋ１２ 文献 标 Ｎ ｔ ： Ａ Ｌ ￣
随着 我 国国 民经 济快 速 发展 及人 们 生活 水平 的 不断提 高 ，电力 需求 逐年 增长 。为 了加 快 电力行业 的发 展 ，自 ２ 纪 ８ ０世 Ｏ年代起 我 国就进 入 了大机 组 、高参数 、大 电 网的阶段 。电网容
量增大， 其主力机组的单机容量也相应增大【。由于发 电机线性尺寸的增大受到定子运输条件 １ ］