板式蒸发式冷凝器传热性能试验研究
最差 ； 内冷凝压力 随冷却循环水喷淋密度 、 板 风速 的增大而减小 ； 在各 自最佳风 速 ， 同汽液流 向操作 下 ， 不 蒸汽对角进 出
时的热流密度均 比蒸汽同侧进 出时大 。 关键词 ： 板式蒸发式冷凝器 ； 薄膜 ； 传热 ； 试验研究
中图 分 类 号 ： Ｔ ６ Ｂ５ 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ １０ ． １ ｏ：０ ３６ ／． ｓ．０ ５～ ３ ９ ２ １ ．２０ ３ ｓ
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５ ８
Ｆ ＵＩ Ｌ Ｄ ＭＡＣ ＮＥ ＨＩ ＲＹ
Ｖｏ ３ Ｎｏ ２， ０１ １ ９， ． ２ １
．
文章编号 ： １０ ０ ２ （０ １ ０ ０ ５ ０ ０ ５— ３ ９ ２ １ ） ２— ０ ８— ４
板 式 蒸发 式 冷凝 器传 热 性 能试 验 研 究
钟 振兴 ， 朱冬 生 ， 清明 ， 刘 张景卫
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（ 南理工大学 ， 华 传热 强化 与过程节能教育部重点实验室 ， 广东广州 摘 ５ ｏ４ ） ｚ６ ０
要 ： 搭建 了板式蒸发式冷凝器传热性 能试验平 台 ， 对影 响板式蒸 发式冷 凝器传 热性能 的主要 因素—— 喷淋水 流
量、 风速 、 汽液流向以及 工艺 流体进 出 口位置进行试验研究。结果表 明 ： 空气与水并 流时传热 效果最好 、 逆流次 之 、 流 错
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｕｄ ｎ Ｈｅ ｔＴｒ ｎｓｅ ｐ ｒｍ ｎｔＳｔ ｙ ｏ ａ ａ ｆ ｒ Ｃｈａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓ ｏ ａ ｅ ｔ ｐｅ Ｅｖ ｐｏ ａ ｉ ｎｄ ｎ ｅ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆＰｌ ｔ －ｙ ａ ｒ ｔｖｅ Ｃｏ ｅ ｓ ｒ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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板式升膜蒸发器蒸发换热特性的实验研究
下 的干 饱 和 水 比 焓 ，Ｊ ｋ ； ） 温 度 为 ｋ／ ｇ ｈ （ 为 下 的
Ｎ ＝１９６ ｒ日 。 ｅ （ ）＋ ） ］ ．２Ｐ 。３ ［ １一 口 ＿ （
加热 水箱 加热 到一 定温 度后 ， 由离心泵 ８送 至板 式换
热器 ２进 行升 膜蒸 发 ， 产生 的水蒸 气 进入冷 凝 器 ３进
行冷 凝 ， 冷凝水 排 人冷凝 水 箱 。锅 炉 １产生 的 ２ Ｋ蒸 气 经蒸气 流 量计进 入 板 式 换 热 器 ２， 凝 后 由出 口 ７ 冷 排 出 。实 验 的数据 由专 门的 数 据 采集 存 储 系 统 进 行 采集 和存 储 。
ｂ ｘ ｅ ｉ ｎ ｔｔ ｅ ｄｉ ｅ ｅ ｔｅ ａ ｏ ａ ｏ ｉ ｕ ｄ ｅ ｅ ， ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ｄｉ ｅ ｅ ｃ ａ ｄ ｔ ｈ ａｉ ｇ ｔａ ｌ ｗ ｙ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔａ ｈ ｆ ｒ ｎ ｖ ｐ ｒ ｔｒ ｌｑ ｉ ｌｖ ｌ ｅ ｅ ａｕｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｎ ｈｅ ｅ ｔｎ ｓｅ ｍ ｆ ｆ ｆ ｏ
衡 方 程 Ｅ９： １ ８ －
针对 液位 的影 响 ， 验分 别 对 １ ４液位 （ 实 ／ 即水 的 液位 是板 式 换 热 器 高度 日 的 １４ 、／ ／ ） １３液 位 、／ １ ２液 位 、／ ２ ３液位进 行 了研 究 。对 温差 的影 响 ， 验 对 ５ 实 、 １ 、５ ２ ０ １ 、０℃温 差进 行 了研究 。针对 不 同加热 蒸 气 的 流量 的影 响 ， 实验对 ３ ５ ７ ９ ｋ／ 、 、 、 ｇ ｈ进行 了研 究 。
３ 实 验 数 据 处 理
Ｑ ＝ｍ ｈ （： ｘ Ｐ ）＋ｍ（ ） Ｐ ） 一ｍ ） １一 ｈ （ ｈ（
蒸发冷却强化电站用板式空冷器传热的研究的开题报告
蒸发冷却强化电站用板式空冷器传热的研究的开题报告第一部分：研究背景随着经济的发展和人口的增加，人们对能源的需求也越来越高。
其中，煤炭作为重要的能源资源，其在电力生产中的地位不可替代。
但是，在煤炭的燃烧过程中，会产生大量的烟气，其中含有大量的热能，如果不加以利用，将会造成资源浪费和环境污染。
因此，煤电厂必须采取有效的措施来提高热能利用效率和减少环境污染。
空冷器是目前电站中广泛采用的一种热交换器。
它通过与环境空气直接接触，将热量传递到空气中，实现对热量的散布和降温。
空冷器具有结构简单、维护方便等优点，但是在给排水系统的减少、降低水耗的要求下，传统的强制循环水冷系统已经越来越难以适应电站散热的需要，因此，空冷器在电站发电冷却中的应用日益受到关注，并成为各国能源工程领域研究的热点问题。
第二部分：研究意义板式空冷器是一种新型的空冷器，其具有优秀的传热性能、运行稳定、控制方便等诸多优点。
板式空冷器传热的过程很大程度上取决于板片外表面与空气之间的热对流，所以对板式空冷器的结构和传热特性的研究具有十分重要的现实意义。
本研究的主要目的是探究板式空冷器传热机理，进一步优化空气侧结构，提高其传热性能，促进其在电站发电冷却中的应用，减少环境污染，提高资源利用效率，具有重要的理论意义和实际价值。
第三部分：研究内容1.板式空冷器的基本结构和工作原理介绍；2.理论模型的建立，为探究板式空冷器的传热机理提供理论基础；3.利用实验室设备对板式空冷器进行室内实验，得到板式空冷器的传热性能和温度场分布等基本特性数据；4.通过对实验数据的分析和处理，找到板式空冷器的优化方案，并对优化后的板式空冷器进行验证实验；5.最终对优化后的板式空冷器的传热性能进行分析比较，得出板式空冷器的优化结构和传热机理，为其在电站发电冷却中的应用提供理论依据。
第四部分：研究方法本研究主要采用实验和理论相结合的方法，通过实验室室内试验和理论分析来探究板式空冷器传热机理和优化结构。
ORC系统中板式蒸发器传热特性的研究
第38卷,总第219期2020年1月,第1期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.38,Sum.No.219Jan.2020,No.1ORC 系统中板式蒸发器传热特性的研究邱长亮,吴俐俊,吴世锋(同济大学机械与能源工程学院,上海 201804)摘 要:蒸发器作为余热回收有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle ,ORC )系统的关键部件之一,其传热性能影响着整个系统的传热效率。
本文以新型全焊式板式换热器为模型,通过加载蒸发相变UDF 进行数值模拟,得出不同的热水流量、热水进口温度、R245fa 流量下的传热和流动特性,并通过计算不同工况下j 因子和f 因子定量评估了蒸发器的综合换热性能。
计算结果表明:提高热水进口流量和R245fa 流量对ORC 系统蒸发器的传热性能有明显的改善作用;随着热水进口流量、热水进口温度以及R245fa 入口流量的增加,热水侧压降和工质侧压降随之增大,热水侧压降整体大于工质侧压降,且热水侧j /f 分别提高了71.6%,-18.1%,73.3%,工质侧j /f 分别提高了29.7%,-13.5%,35.9%。
关键词:蒸发器;数值模拟;气液相变;传热特性;性能评价中图分类号:TK11 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2020)01-0009-07收稿日期 2019-04-20 修订稿日期 2019-06-20基金项目:国家自然科学基金资助项目(51574179)作者简介:邱长亮(1994~),男,硕士研究生,研究方向为高效换热技术。
Numerical Study of Evaporator 's Heat Transfer Characteristics in ORC SystemQIU Chang -liang,WU Li -jun,WU Shi -feng(College of Mechanical and Energy Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)Abstract :Evaporator is one of the key components of Organic Rankine Cycle (ORC)system for waste heat recovery,and its heat transfer performance affects the heat transfer efficiency of the whole system.In this paper,based on the Mixture multiphase flow model in Fluent,a new type of all -welded plate heat exchanger was used as the evaporator model.By loading a user -defined function (UDF),the variation of heat transfer and flow characteristics of the evaporator were studied under different conditions of hot wa⁃ter flow rate,hot water inlet temperature and R245fa inlet flow rate.And the comprehensive heat transfer performance of evaporator was quantitatively evaluated by calculating j factor and f factor under different working conditions.The results showed that increasing the water inlet flow rate and R245fa inlet flow rate could significantly improve the heat transfer performance of the evaporator in ORC system.The pressure drops of hot water side and R245fa side increased with an increase of hot water inlet flow rate,hot water inlet temperature and R245fa inlet flow rate,the pressure drop of hot water was higher than that of work⁃ing medium.And the j /f of hot water side increased by 71.6%,-18.1%and 73.3%respectively,the j /f of working medium side increased by 29.7%,-13.5%and 35.9%respectively.Key words :evaporator;numerical simulation;gas -liquid phase transition;heat transfer characteristics;Performance evaluation·9· 随着煤炭、石油、天然气等化石能源储量的日剧减少和价格的不断攀升,以及由于能源消耗带来的环境问题,如酸雨、PM2.5和二氧化碳排放等造成的臭氧层空洞等,能源和环境问题已经成为全世界共同关注的重大问题。
orc系统中板式蒸发器传热特性的研究
( Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒａｎｋｉｎｅ Ｃｙｃｌｅ ( ＯＲＣ) ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｗａｓｔｅ
ｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ. Ａｎｄ ｔｈｅ ｊ / ｆ ｏｆ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｓｉｄｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ７１. ６％ ꎬ － １８. １％ ａｎｄ ７３. ３％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬ ｔｈｅ
ｊ / ｆ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ ｓｉｄｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ２９. ７％ ꎬ － １３. ５％ ａｎｄ ３５. ９％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.
基金项目:国家自然科学基金资助长亮(１９９４ ~ ) ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为高效换热技术ꎮ
９
随着煤炭、石油、天然气等化石能源储量的日剧
他形式的管并不多ꎬ且对蒸发相变的数值模拟分析
ｔｅｒ ｆｌｏｗ ｒａｔｅꎬ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｉｎｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｒ２４５ｆａ ｉｎｌｅｔ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ. Ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ ｗａｓ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｊ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ｆ ｆａｃｔｏｒ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
5和二氧化碳排放等造成的臭氧层空洞等?能源和环境问题已经成为全世界共同关注的重大问题?在我国总能耗中?工业能耗占70以上?其中有50转化为不同形式的工业余热?而中低余热约占总余热量比的4050?但是我国工业余热回收率仅约3012?目前?余热回收利用技术包括热交换技术热泵技术余热制冷技术低温有机朗肯技术kalina循环发电技术3?低温有机朗肯循环技术由于热效率高?系统结构简单紧凑?使用热源广?能有效的回收低品位热能而被广泛的研究和应用47?其研究主要集中在工质的选择?系统循环性能?关键设备等研究领域?而蒸发器作为换热热备是orc系统中重要的组成部分之一?由于存在复杂的相变过程?对其换热性能的研究也备受各界关注?国内众多学者对相变传热传质进行了大量的研究?张灿灿等8以复合相变换热器在电厂锅炉烟气回收利用中的应用为背景?模拟研究了梭形和圆形板式换热器中过冷沸腾换热过程?刘振宇等9以板式冷凝器和管壳式相变蓄热单元为应用背景?通过建立vof模型进行cfd数值模拟?分析和研究了影响冷凝相变传热的各项因素?并探讨了矩形微通道内表面张力和界面剪切力对冷凝传热传质的作用?汪维伟等10选用fluent中mixture模型?对水平夹套式热虹吸管进行了数值模拟分析?研究了水平夹套式热管内部的沸腾冷凝过程?沈超等11采用fluent中的vof模型?对平行流热管内的气液两相流特性以及复杂相变传热传质的演变过程进行了模拟计算?万智华等12通过建立板翅式换热器冷箱并联管路的物理模型?模拟研究了气液两相流的流量均布特性?王为术等13数值研究了有机工质r113在竖直圆管管内降膜蒸发的换热特性?王志奇等14对水平微肋管内有机工质r245fa的沸腾换热性能进行了实验研究?并运用四种关联式对沸腾换热性能进行预测?目前?两相流动的传热和流动机理比较复杂?虽然诸多学者在理论及实验方面进行了大量的研究1517?但是受到实验条件和现有理论水平的限制?其研究也存在一定差异?导致结果具有不可预测性?尤其是在一些新型板式换热器中?特殊复杂的物理结构和气液两相间的物理化学相互作用又使得研究变得更加困难1819?此外?大多数学者研究的都是工质在圆管内的相变换热?而研究椭圆管以及其他形式的管并不多?且对蒸发相变的数值模拟分析较少?本文研究的蒸发器是一种板式全焊式换热器?结构紧凑?换热效果好?生产成本低?由于对该换热器中类椭圆通道的相变换热的研究很少?因此本文将结合工程实例?
蒸发式冷凝器性能研究及强化
科技报道蒸发式冷凝器性能研究及强化Ξ朱冬生1 沈家龙1 蒋 翔1 唐广栋1 欧阳惕2(1.华南理工大学化工与能源学院,传热强化与过程节能教育部重点实验室 广州 510640;2.广东申菱空调设备有限公司 佛山 528313)摘 要 蒸发式冷凝器具有节水、节能、结构紧凑等优点,在工业制冷等领域得到了广泛的应用。
建立了蒸发式冷凝器性能测试实验平台,测试了喷淋密度和迎面风速对蒸发式冷凝器传热性能及对其制冷系统制冷性能的影响。
结果表明,在喷淋密度为0.047kgΠm・s,迎面风速为3.01mΠs时,蒸发式冷凝器的性能达到最佳,能效比为5.0,总传热系数为425WΠm2。
比较性实验表明,采用填料来提高蒸发式冷凝器的性能,在相同的操作条件下,总传热系数提高7.2%～16.9%,能效比提高0.4%～3.5%。
关键词 热工学;蒸发式冷凝器;实验研究;性能;强化Study on Performance Enhancement for Evaporative Condenser3Zhu Dongsheng☆,Shen Jialong,Jiang X iang,Tang Guangdong and Ou Y angti ☆The K ey Laboratory of Enhanced Heat T ransfer&Energy Conservation,School of Chemical and Energy Engineering South China University of Technology,Guangzhou,510640,ChinaAbstract Evaporative condensers have widely been used in industry for their advantage s such as energy-conversati2 on,water-conservation,and compact structure.In our re search,the experimental rig was built up,and the influenc2 e s of the spray density and the air face velocity on the heat transfer performance of the evaporative condenser and on the refrigeration performance of the whole system were inve stigated.The re sults show that the performance of the condenser is be st with the energy efficiency ratio(EER)of5.0and the overall heat transfer coefficient of425WΠm2 when spray density is0.047kgΠm・s and the air face velocity is3.01mΠs.The packing was installed between the tube coils and the inlet louvers and the comparison experiment was carried out.It is indicated that,under the same operat2 ing conditions,the increase of the overall heat transfer coefficient and EER is7.2%-16.9%and0.4%-3.5%,re2 spectively.K eywords Pyrology;Evaporative condenser;Experimental study;Performance;Enhancement1 引 言目前在工业应用中主要使用三种形式的冷凝器,即:空冷式、水冷式和蒸发式冷凝器。
蒸发式冷凝器性能研究及强化
Ｚ ｕ Ｄｏ ｇ ｈ ｎ ☆ ， ｈ ｎＪａｏ ｇ，Ｊａ ｇ Ｘａ ｇ， ａ ｇ Ｇｕ ｎ ｄ ｇａ ｄ ＯｕＹ ｎ ｔ ｈ ｎ ｓ ｅ ｇ Ｓ ｅ ｉｌ ｎ ｉｎ ｉｎ Ｔ ｎ ａ ｇ ｏ ｎ ａ ｇ ｉ ｎ
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广州 ５０４ ； １６０
’ 佛山 ５８ １ ） ２３３
（． １华南理工大学化工与能源学 院。 传热强化与过程节 能教 育部 重点 实验室
２广 东 申菱 空调 设 备 、 节能 、 结构 紧凑等优 点 ， 在工业制冷等领域得 到了广泛 的应 用。建立 了蒸 发式冷
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板式蒸发式冷凝器的传热实验研究及其在空调中的应用的开题报告
板式蒸发式冷凝器的传热实验研究及其在空调中的应用的
开题报告
1.研究背景
空调是现代家庭及商业建筑中必不可少的设备之一，但是传统的空调系统往往存在耗能高、环境污染及维护复杂等问题。
因此，需要对空调系统进行改进和优化。
板式蒸发式冷凝器是一种新型的传热器件，在空调系统中具有广泛的应用前景。
2.研究目的
本研究旨在通过实验研究板式蒸发式冷凝器的传热性能，探索其在空调系统中的优化应用。
3.研究内容及方法
本研究将利用实验室内搭建的板式蒸发式冷凝器传热实验设备，对板式蒸发式冷凝器的传热性能进行研究。
具体实验内容包括：
（1）测量板式蒸发式冷凝器的传热效率和热阻；
（2）分析不同工况下板式蒸发式冷凝器的传热性能变化；
（3）对比板式蒸发式冷凝器与传统冷凝器在空调系统中的能效表现。
4.研究意义
本研究可以为空调系统的优化提供理论基础和实验依据，为更好地实现能源节约和环保提供支持。
同时，研究结果还可以为板式蒸发式冷凝器在工业领域的应用提供参考。
5.研究计划
本研究计划分为三个阶段进行：
（1）实验设备的搭建和测试程序的制定；
（2）实验数据的采集和分析，分析板式蒸发式冷凝器的传热性能和能效表现；
（3）研究结果的总结和分析，撰写论文并完成毕业设计。
蒸发式冷凝器传热传质实验研究
文章编号：10030344（2018）030224
建筑热能通风空调 Building Energy & Environment
Vol.37 No.3 Mar. 2018.22~25
蒸发式冷凝器传热传质实验研究
刘哲宇 张钟庆 戴荣 毛丁 宋杰 胡江栋
长沙理工大学能源与动力工程学院
综上所述，蒸发式冷凝器在已有研究中由于侧重
收稿日期：2017511 作者简介：刘哲宇（1994~），男，硕士研究生；长沙理工大学云塘校区（410114）；Email: bullzheyu666@。
第 37 卷第 3 期
刘哲宇等：Байду номын сангаас发式冷凝器传热传质实验研究
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点不同以及实验条件各异，研究出来的结果通用性不 完善，且其性能受多种因素的影响，而其中空气参数 及喷淋水参数是影响其蒸发冷凝效果的两个重要因 素，参数值的选取不当或者风量与水量间的配比关系 不合理，都会对蒸发式冷凝器的换热效果产生很大影 响。本文主要对喷淋水膜与管壁的对流换热系数以及 水膜对空气的传质系数进行了实验研究。
Experimental Study on Heat and Mass Transfer of Evaporative Condenser
LIU Zheyu, ZHANG Zhongqing, DAI Rong, MAO Ding, SONG Jie, HU Jiangdong College of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science and Technology
Abstract: In this paper, the heat transfer and mass transfer coefficients of finned tube evaporative condensers are studied and the convective heat transfer coefficient of the water film and the condenser wall and the experimental relationship between the mass transfer coefficient of water film and air are obtained as follows:hw=47 (祝/do)0.762,hd= 0.093G . 1.193 Keywords: heat transfer mass transfer, evaporative condenser, experimental relationship, spray water film
板式蒸发式冷凝器 CFD 模拟与实验研究
板式蒸发式冷凝器CFD模拟与实验研究张景卫 朱冬生 吴治将 李元希 蒋翔（华南理工大学化工与能源学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州 510640）摘 要：通过运用FLUENT软件对板式蒸发式冷凝器板束中气液两相逆流、并流两种操作进行模拟，直观地表征了板束中喷淋水流量、风速及风向对水膜流动的影响，并在此基础上对板式蒸发式冷凝器的三种操作─-逆流、并流、错流进行了传热实验研究，模拟及实验研究的结果显示：空气与水并流比逆流、错流更有利于利用液体薄膜强化传热传质的特性。
关键词：冷凝器 CFD模拟 强化传热 波纹板 板束THE CFD SIMULATION AND EXPERIMENTAL STUDY OF THEPLATE-TYPE EV APORATIVE CONDENSERZhang Jingwei Zhu Dongsheng Wu Zhijiang Li Yuanxi Jiang Xiang(The Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation of the Ministry of Education, School of Chemical and Energy Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640,Guangdong,China)Abstract：This paper presents a simulation of two operations—upwind, downwind with two-phase flowing in the plate bundles of the plate-type evaporative condenser, by means of the FLUENT software, which provide a direct illustration of the influence of the water film flowing on spray water flow、wind velocity、wind direction in the plate bundles. An experimental study of the heat transfer of three operations—downwind、upwind and crosswind operation in the plate-type evaporative condenser is pressed on the base of which. The result of simulation and experimental study demonstrates the advantages of downwind operation over upwind operation and crosswind operation in making use of enhanced heat transfer and mass transfer of fluid film.Keywords：Condenser CFD simulation Heat transfer enhancement corrugated plates plate bundle0 前言利用液膜进行传热传质已经成为动力、化工、制冷、轻工、食品等工业中最重要的单元操作之一。
蒸发式冷却器的传热传质试验研究
蒸发式冷却器的传热传质试验研究蒋常建范云良杨强生摘要：对蒸发式冷却器传热传质试验结果的数据处理进行了讨论，重点是它的容积散质系数以及工艺水到水膜的传热系数.介绍了试验台和各测试仪表，给出了对两个试件的测试结果，整理了βxv和K的变化规律，并与计算结果作了分析对比.关键词：蒸发式冷却器；冷却塔；传热传质过程；容积散质系数中图分类号：TK 124 文献标识码：AExperimental Heat and Mass Transfer Study of EvaporativeCoolerJIANG Chang-jian FAN Yun-liang YANG Qiang-sheng School of Power and Energy Eng., Shanghai Jiaotong Univ., Shanghai200030, ChinaAbstract： The data processing method of experimental heat and mass transfer results of evaporative cooler was discussed. It is emphasized to its volumetric mass transfer coefficient and the overall heat transfer coefficient from the processing water to the tube water film. The experimental test rig and measuring device were presented. The variation of the value of βxv and K from the experimental results of two models was deduced. The comparison and analysis between the experimental results and calculated data were introduced.Key words： evaporative cooler; cooling tower; heat and mass transfer process; volumetric mass transfer coefficient在逆流式蒸发冷却器中，工艺水和管外的喷淋水与冷却空气总体上呈逆流流动，可按焓差法或压差法进行计算和设计［1～4］.横流式中空气以横向在管外掠过，与工艺水和喷淋水呈垂直方向流动，它们之间在总体上呈三维流动特性［5］.蒸发式冷却器是把冷却器和冷却塔结合在一起的一种设备，不但使冷却系统大为简化，同时降低了造价和运行费用.这种冷却器通过管外水膜的蒸发和传质来强化传热，其计算原理和开式冷却塔相同，一般采用焓差法进行计算.即以水膜的饱和空气焓h″和主流空气焓h的差值作为推动力.文献［1～3］中讨论了逆流式蒸发冷却器的设计计算方法，其中管内工艺水到管外水膜是常规的传热过程，从水膜到空气则是一个传热传质过程.前者取决于传热过程的总传热系数K，后者与该设备的容积散质系数βxv密切相关.文献［4］中较深入地讨论了下降热液膜进入层流气流的蒸发过程，分别列出了界面和边界条件.本文通过数值求解，并通过试验测得局部壁温分布后进行校核.文献［5］中对横流式蒸发冷却器的设计计算方法进行了深入的分析，并对该试验台改装后进行喷雾强化空气冷却器的实验研究［6］.关于蒸发式冷却器的实验研究，文献［2，3］中有一些讨论.由于传热传质过程与工艺水、喷淋水和冷却空气三者的流量和参数有关，影响的因素较多，有必要作一些深入的工作.本文就两个试验段在试验台上进行了测试，讨论了数据处理的方法，根据测试结果整理了总传热系数和容积散质系数的变化规律，并与文献上推荐的结果作了分析对比.1—可调风门， 2—毕托管， 3—微差压变送器， 4—风机， 5—风箱体，6—喷淋水箱， 7—电加热器8—水泵， 9—回水阀， 10—温度传感器，11—调节阀， 12—温控仪， 13—转子流量计14—倾斜式微压计， 15—喷淋水进水管， 16—喷淋水回水管， 17—均风箱， 18—蒸发冷却器试件19—收水器， 20—配水管， 21—配水箱， 22—热水泵， 23—热水箱， 24—电加热器25—三相调压变压器， 26—微机采集系统图1 试验装置系统Fig.1 Experimental device and system of evaporative cooler 1 试验装置整个试验台由风机和供风系统、工艺水(热水)系统、喷淋水系统以及测量和控制设备组成，如图1所示.试验台组成和各部件的说明可参见文献［6］.试验段由铜管管束组成.共做了两个冷却器的试验段.其中一个为12 mm×1 mm的紫铜光管作为换热表面，每排采用17根管，横向节距28 mm，即S1／d＝2.33.纵向为4排错列，间距30 mm，即S2／d=2.5，管长500 mm.另一个为17 mm×1 mm的低翅片紫铜管束.翅片厚度约0.9mm,翅片间距约2.0 mm，翅片厚度为0.3 mm，翅化系数为1.96.横向节距为46 mm，纵向节距为40 mm.工艺水(热水)在管内流过，管箱的隔板使水侧为四流程布置.为测量水温的变化，在管箱内装有5对铜-康铜热电偶，用来测量进口水温和每流程出口的水温.工艺水系统由热水箱、热水泵、转子流量计以及相应的调节阀门组成.热水箱中布置了9根3 kW的电加热器，分成两组.其中一组直接与电源相连，另一组则经过三相调压变压器加以调节.在试验段进口和出口处分别装有刻度为0.1℃的水银温度计，可对热电偶测量结果进行校核.铜管外的喷淋水为压力配水，配水管由12根12 mm、长500 mm 的铜管组成，在每根铜管的底部开两个 3 mm的喷水孔，对应每个喷水孔下吊一铜制溅水盆，可使水均匀淋水.配水装置的上部为有机玻璃制成的板条状收水器.收水器分成3层，每层17片，空气在空气槽间以Z形通过，除水效果好，未发现飘水现象.为了使蒸发式冷却器有较好的冷却效果，必须使喷淋水均匀流下，确保试验管外有一层均匀的水膜，这样空气流过时因水膜汽化吸热使工艺水得到冷却.该试验台具有独特的配风系统.经用热线风速仪校核，在未安放试验段时，气流在出风口上部截面的速度基本均匀，只是矩形截面的四角流速较平均流速约低10%.为了测量空气在流过试验段前后的干湿球温度，采用一种特制的树枝状采气管，借助风机的抽吸把湿空气吸入，经干球和湿球的热电偶测得空气的干湿球温度.分别测量了试验段下端以及淋水管上方的空气干湿球温度，还测量了大气的干湿球温度和当地大气压力.在试验过程中用5对铜-康铜热电偶用于测量工艺水每流程的进出口温度，且在进水管和出水管处用0.1℃精度的温度计直读.在试验管束每排管中间一根水管的下端各设置一对铜-康铜热电偶，一共有4对，其接点与管壁表面并不接触，测得的是水膜温度.此外，在喷淋水的进水和出水总管上各有一对热电偶测量喷淋水的供水和回水温度.循环的喷淋水量和工艺水(热水)量均用玻璃转子流量计(LZB-50)测得，其量程为0.6～6 m3/h.风量测量是在进风口的收缩喉管处用毕托管测得动压，经西安仪表厂生产的1151DR型微差压电容式变送器，并把4～20 mA的电流转换成4～20 mV输入数据采集系统.蒸发冷却器试件的压力损失用倾斜式微压计测得.各测量点的铜-康铜热电偶(共15对)再加上微差压变送器的一对读数均送往3054A数据采集系统(即3497A数据采集器与HP-85B微机相连)，最后经微机处理和打印结果.工艺水量和喷淋水量的数据则经人工采读后由键盘输入.2 数据处理方法根据测得的干球温度θ和湿球温度τ，可确定其相对湿度为φ=［p″τ-Ap b(θ-τ)］/p″θ(1)式中：p″θ和p″τ分别对应于θ和τ的饱和蒸汽压力；p b为大气压力；A为常数.对于通风式温度计，A=0.000 662.此外还可求得空气的含湿量x、密度ρ(kg/m3)和焓h(J/kg)分别为x=φp″θ/(p b-φp″θ) (2)(3)h=［1.005θ+0.622x(2 501+1.846θ)］×103 (4)由测得的工艺水质流量m*w和它的进出口温度、空气质流量m*a和它的进出口焓值，可分别求得水侧和空气侧的热量以及热平衡误差，即Q a=m a(h2-h1) (5)Q w=m w c p w(tw1-tw2) (6)ε=100×(Q w-Q a)/Q w(%) (7)在测试过程中，工况的稳定是十分重要的，只有在稳定工况下才能确保热平衡误差在8%以下.首先对试验台的各个系统进行反复调试，再对每个工况用数据采集系统监控和测量，待工况稳定后相隔10 min连续测量两次，各主要参数值基本不变才转入下一工况.热平衡误差在10%以上应予以剔除.由焓差法的麦克尔方程，在一段微小容积dV中，水膜的饱和空气焓h″和主流空气焓h之差构成了传热传质的推动力：m w c pw dt=m a dh=βxv(h″-h) (8)式中：βxv为容积散质系数.在冷却塔中βxv常取作淋水密度和空气质速度的函数，对不同的填料分别给出其变化特性.在蒸发式冷却器中，βxv 一般为空气侧雷诺数Re a、水膜侧Re w以及结构尺寸的函数［1～3］.在给定结构尺寸和运行工况的Re a和Re w下，βxv可作为该设备的平均值取作常数.对式(8)从进口到出口进行积分，有(9)式中，Δh m为对数平均焓差.考虑到管外水膜温度为非线性分布，取进出口两点作为计算依据不妥.可把测得的水膜温度取平均值后求得其饱和空气焓值h″m，于是(10)式中，h1和h2可按测得的空气进口和出口的干湿球温度求得.在测量过程中，循环喷淋水的进出口温度近似相等，工况稳定后其偏差在±0.2℃以内.根据测得的各温度工况，可推算管内工艺水和管外水膜之间的平均温差Δt m.由测得的换热量(以水侧为准)和光管外表面积F0，求得总传热系数K=Q w/(F0Δt m).在扣除管内工艺水侧热阻后可求得水膜侧热阻.在考虑翅化系数和翅片效率后即可求得水膜的对流换热系数，并与文献推荐的公式作对比，管内工艺水在紊流工况下的换热可按常规的迪图斯-贝尔特(Dittus-Boelter)公式确定.对于低翅片管束，使水膜侧的传热传质面积有较大增加，其热阻略低于管内侧，有利于强化传热传质.在测量仪表中，热电偶经过标定，并用0.1℃实验室用温度计进行校核，测温误差为0.33%；转子式流量计的精度为1.5级；毕托管和微差压变送器的精度为1.0级.此外，气侧干湿球温度的温差为±2%，水膜温度测量的误差为±1%.因此，实验过程中整理得到的βxv和K值的精度在±10%以内，热平衡误差控制在±8%以内.3 测量结果和分析图2(a)、(b)是低翅片管束的容积散质系数βxv随空气质流速m a和喷淋水量的变化曲线.m a=2～6 kg/(m2.s).喷淋水量在1 000～3 500 L/h，相应的单位宽度冷却水m=50～175 kg/(m.h).定义m=W c/(4N1L).其中：W c 为喷淋水量(kg/h);N1为每排管数；L为管长.从图中可以看出，βxv随m a 增加而迅速增大，随m的增加较为缓慢.当m超过100，则βxv的增加更为缓慢.图中实线为根据现有关联式得出的计算结果，此外，还给出几个试验工况下的结果，用虚线表示.图2(a)中的试验点m=96 kg/(m.h)，图2(b)中的试验点m a=3.8 kg/(m2.s).它比相应工况下的计算值提高约20%～30%.这说明低翅片管束对增强蒸发冷却器的传热传质是有效的.图2 低翅片管束容积散质系数的试验结果Fig.2 Experimental results of volumetric mass transfercoefficient of low finned tube图3(a)、(b)是低翅片管束的传热系数K随工艺水量m w和喷淋水量的变化曲线.m w=2 500～6 000 L/h，相应的水速为0.4～1 m/s，Re=8 000～20 000.从图中可以看出，K值随水速和m值的增加而升高，随水速增加而上升的幅度大一些，这说明工艺水侧的热阻较大.当m值超过100，则K值的增幅更为缓慢.图中实线为根据现有关联式得出的计算结果，此外，还给出几个试验工况下的结果，用虚线表示.图3(a)中的试验点m=96 kg/(m.h)，图3(b)中的试验点m w=4 850 L/h.它和理论计算值的偏差在±5%以内.图3 低翅片管束传热系数的试验结果Fig.3 Experimental results of heat transfer coefficient of lowfinned tube4 结论(1) 蒸发冷却器是一种有效的强化传热传质设备.在许多工业部门中不但可以解决冷却水的循环利用，而且使冷却系统简化，降低造价和运行费用，是一种有发展前途的冷却设备.应深入开展其计算分析和试验研究，才能在各种应用场合下寻求它的优化设计.(2) 讨论了蒸发式冷却器的试验台，以及实验数据的整理方法.对两种试验段的实验结果进行了数据处理，并给出了影响容积散质系数和总传热系数的各种因素.对于翅化系数小的低翅片紫铜管束，流动阻力增加极小，但因水膜侧的换热面积增大，水膜侧的热阻将低于工艺水侧的热阻，使传热得到增强.同时单位容积的传热传质面积显著增加，βxv将增加20%～30%，对强化传热传质十分有利.基金项目：国家教委博士点基金资助项目(9524823)作者简介：蒋常建(1972～)，男，博士生.作者单位：(上海交通大学动力与能源工程学院，上海 20030)参考文献：［1］Finlay I C, Harris D. Evaporative cooling of tube banks ［J］. Int J Refrig, 1984,7(4):214～224.［2］Mizushima T, Ito R, Miyashita H. Experimental study of an evaporative cooler［J］. Int Chemical Engineering, 1967,7(4):22～31.［3］Dreyer A A, Erens P J. Analysis of spray cooled finned tube heat exchanger［J］. H T Engineering, 1992, 13(4):52～71. ［4］Tsay Y L, Lin T F. Evaporation of a heated falling liquid film into a laminar gas stream［J］. Experimential Thermal and Fluid Science, 1995, 11(1):61～71.［5］蒋常建，徐斌，杨强生.横流式蒸发冷却器的热力分析［J］.上海交通大学学报，1997，31(7)：1～4.［6］杨强生，饶钦阳，范云良，等.喷雾强化空气冷却器的实验研究［J］.上海交通大学学报，1999，32(3)：313～317.收稿日期：1998-10-06。