工业级孔芯式聚合物熔体冷却器换热理论研究及结构优化
发布时间：2021-03-02 21:12
孔芯式聚合物熔体冷却器是针对聚合物熔体的特性而开发的一种新型的高效、紧凑型换热器。其结构简单,主要换热部分为孔芯件。相较于常规换热器如:管壳式换热器、板式换热器等,它的主要优点有:换热面积大、密封性能好、工作压力高、传热效率高、熔体压力损失小、出口物料均匀性好。孔芯式聚合物熔体冷却器的最大特点在于其主要部件孔芯件的设计,孔芯件内冷热流体的流道在圆筒状的孔芯件内呈错位十字排布,这样可以完全的将冷却油和聚合物熔体分隔开来,密封性能得到很大的提升。此外,孔芯件与换热器其他部分联接均采用螺栓和密封圈,易于拆卸,这样方便后续的维护和修理。通过特征数和实验法求得熔体的对流传热系数,然后用类比法求出金属热阻,最后得到孔芯式聚合物熔体冷却器的总传热系数方程。此外,使用压力梯度的方法计算得到单个熔体孔的压降与模拟所得压降误差在20%以内,表明计算方法与模拟结果较为准确。孔芯件内聚合物的熔体孔和冷却油的流道除了空间结构上的制约以外并没有直接的联系,属于两个独立的系统。为增大冷却油的对流传热系数,分析出影响冷却油对流传热的参数有三个:冷却油流道层数、冷却油流道折回次数和冷却油流速。通过设计DOE试验,来探究...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１－２螺旋管局部刨面图??Ｆｉｇ．１－２?Ｐａｒｔｉａｌ?ｐｌａｎ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｓｐｉｒａｌ?ｔｕｂｅ??
出机相较于单螺杆挤出机最??大的优势就是共混性能好。二阶挤出机通常为单螺杆挤出机。单螺杆挤出机螺杆直径??大、螺槽浅，具有良好的混合效果，在二阶螺杆机筒上加上冷却夹套或其它辅助冷却??设备，同时配合单螺杆挤出机较大的长径比，可以有很长的时间进行充分得混合和冷??却［２７］。使用单螺杆挤出机进行降温的时候，其很大的长径比会导致单螺杆长度随着产??量的增加而增加，从几米到几十米不等，占地面积巨大，经济效益低。因此独立、结??构紧凑、经济效益高的聚合物熔体冷却器就设计就显得尤为重要。??图１－４双阶挤出机冷却系统??Ｆｉｇ．１－４?Ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ?ｅｘｔｒｕｄｅｒ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??连续挤出发泡过程中所用的静设备，通常是由传统的管壳式换热器优化而来的。??对于传统的管壳式换热器而言，若让聚合物熔体走壳程，则不能满足聚合物熔体的发??泡压降要求。如若走管程，管程过长，边界层的积累也会导致换热效果变差，压降变??大。由于聚合物熔体的特性，如若不能充分的合流和分流，存在热边界层滞留的情况??后，会大大的降低换热器的换热效率。普通换热器内的换热管在贴近管壁出总会存在??滞留边界层，减少边界层或者及时抽离边界层可大大的增加换热效果。高志勇、马铁??铮改进管壳式换热器，当熔体进入冷却器后采用锥形分流板使熔体分配到各个换热管，??这样每个换热管内流体都很平均且经过锥形分流器的一次分流合流，提高换热效率，??５??
?北京化工大学硕士学位论文???从而达到换热要求［２８］。施龙生改进管式换热器中的换热管，在其内部加入垂直相连两??端旋转１８０°的螺旋片，且相邻的螺旋片一个为左旋一个为右旋，这样可使高粘度流??体在管中左旋右旋交替流动，使管壁处的流体流向圆管中心，圆管中心的流体流向管??壁，大大增加了管内流体的湍流程度，使传热过程得到强化，取得了很好的换热效果??［２９］??Ｏ??图１－５锥形分流板?图１－６管内螺旋片??Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｏｎｉｃａｌ?ｍａｎｉｆｏｌｄ?Ｆｉｇ．１－６?Ｓｐｉｒａｌ?ｉｎ?ｔｕｂｅ??静态混合器在连续挤出发泡系统中十分常见，其工作原理是利用排列角度不同的??混合元件使流体充分混合，且两两相邻的混合元件采用错位连接，极大地增加了流体??的扰动。但是随着挤出技术的不断发展，单一混合功能的静态混合器就显得有些捉襟??见肘，同时具备混合和冷却功能的设备就显得尤为重要。??美国的Ｆｌｕｉｔｅｃ公司综合了静态混合器和管壳式换热器的优点，设计出了一种新型??ＣＳＥ－ＸＲ型换热器，在换热管外壁加上特定的折流板，被冷却或加热的流体走壳程，??这样可以首先避免流体分布不均的风险。在换热管外壁加上特定形状和特定的角度的??折流板后，可使流体进入壳程后充分扰动，极大地减小边界层的积累，改变流体的原??始层流流动状态，继而增大传热系数，其传热系数相比传统的管壳式换热器有大大的??提高。此型号换热器适用于层流、高粘度流体［３（）］。??＇?ＨＵＢ??图１－７?ＣＳＥ－ＸＲ型换热器??Ｆｉｇ．１－７?ＣＳＥ－ＸＲ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物发泡材料研究进展[J]. 范兰兰,项庆波,黄慧姿,钟硕. 化工管理. 2019(16)
[2]基于DOE的孔芯式聚合物熔体冷却器参数优化[J]. 李江南,何亚东,WAQAS Mughal,信春玲,李庆春. 塑料工业. 2019(02)
[3]浅谈板式换热器的特点与优化设计[J]. 闫飞. 电子测试. 2018(10)
[4]管壳式换热器强化传热研究进展[J]. 林文珠,曹嘉豪,方晓明,张正国. 化工进展. 2018(04)
[5]浅谈高分子材料的现状与发展[J]. 王辰宇,欧昌锐,范杰. 南方农机. 2017(07)
[6]基于ANSYS Workbench的新型SMX静态混合器的数值分析[J]. 李晓丹,何亚东,信春玲,王泽鸣,白雪. 北京化工大学学报(自然科学版). 2017(01)
[7]聚合物熔体冷却器结构开发及理论计算分析[J]. 杨丽含,朱伟林,吴申康,郑大龙,李庆春,何亚东. 塑料科技. 2016(09)
[8]聚合物发泡成型研究进展[J]. 王岗,陈静波. 精密成形工程. 2016(01)
[9]高粘度流质下管壳式折流板开孔换热器换热性能的数值模拟[J]. 叶萌,喻九阳,郑小涛,林纬,郑鹏,高海. 当代化工. 2015(01)
[10]石油化工行业中换热器的种类及用途原理[J]. 王瑶. 科技与企业. 2014(16)
博士论文
[1]板式换热器传热传质实验与理论研究[D]. 李冠球.浙江大学 2012
硕士论文
[1]聚合物熔体冷却器结构设计及优化[D]. 李晓丹.北京化工大学 2017
[2]螺旋板式换热器的优化设计及热力学分析[D]. 蔡飞.华东理工大学 2014
[3]高粘度流体传热强化研究[D]. 赵洪彬.华南理工大学 2011
本文编号：3059960
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１－２螺旋管局部刨面图??Ｆｉｇ．１－２?Ｐａｒｔｉａｌ?ｐｌａｎ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｓｐｉｒａｌ?ｔｕｂｅ??
出机相较于单螺杆挤出机最??大的优势就是共混性能好。二阶挤出机通常为单螺杆挤出机。单螺杆挤出机螺杆直径??大、螺槽浅，具有良好的混合效果，在二阶螺杆机筒上加上冷却夹套或其它辅助冷却??设备，同时配合单螺杆挤出机较大的长径比，可以有很长的时间进行充分得混合和冷??却［２７］。使用单螺杆挤出机进行降温的时候，其很大的长径比会导致单螺杆长度随着产??量的增加而增加，从几米到几十米不等，占地面积巨大，经济效益低。因此独立、结??构紧凑、经济效益高的聚合物熔体冷却器就设计就显得尤为重要。??图１－４双阶挤出机冷却系统??Ｆｉｇ．１－４?Ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ?ｅｘｔｒｕｄｅｒ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??连续挤出发泡过程中所用的静设备，通常是由传统的管壳式换热器优化而来的。??对于传统的管壳式换热器而言，若让聚合物熔体走壳程，则不能满足聚合物熔体的发??泡压降要求。如若走管程，管程过长，边界层的积累也会导致换热效果变差，压降变??大。由于聚合物熔体的特性，如若不能充分的合流和分流，存在热边界层滞留的情况??后，会大大的降低换热器的换热效率。普通换热器内的换热管在贴近管壁出总会存在??滞留边界层，减少边界层或者及时抽离边界层可大大的增加换热效果。高志勇、马铁??铮改进管壳式换热器，当熔体进入冷却器后采用锥形分流板使熔体分配到各个换热管，??这样每个换热管内流体都很平均且经过锥形分流器的一次分流合流，提高换热效率，??５??
?北京化工大学硕士学位论文???从而达到换热要求［２８］。施龙生改进管式换热器中的换热管，在其内部加入垂直相连两??端旋转１８０°的螺旋片，且相邻的螺旋片一个为左旋一个为右旋，这样可使高粘度流??体在管中左旋右旋交替流动，使管壁处的流体流向圆管中心，圆管中心的流体流向管??壁，大大增加了管内流体的湍流程度，使传热过程得到强化，取得了很好的换热效果??［２９］??Ｏ??图１－５锥形分流板?图１－６管内螺旋片??Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｏｎｉｃａｌ?ｍａｎｉｆｏｌｄ?Ｆｉｇ．１－６?Ｓｐｉｒａｌ?ｉｎ?ｔｕｂｅ??静态混合器在连续挤出发泡系统中十分常见，其工作原理是利用排列角度不同的??混合元件使流体充分混合，且两两相邻的混合元件采用错位连接，极大地增加了流体??的扰动。但是随着挤出技术的不断发展，单一混合功能的静态混合器就显得有些捉襟??见肘，同时具备混合和冷却功能的设备就显得尤为重要。??美国的Ｆｌｕｉｔｅｃ公司综合了静态混合器和管壳式换热器的优点，设计出了一种新型??ＣＳＥ－ＸＲ型换热器，在换热管外壁加上特定的折流板，被冷却或加热的流体走壳程，??这样可以首先避免流体分布不均的风险。在换热管外壁加上特定形状和特定的角度的??折流板后，可使流体进入壳程后充分扰动，极大地减小边界层的积累，改变流体的原??始层流流动状态，继而增大传热系数，其传热系数相比传统的管壳式换热器有大大的??提高。此型号换热器适用于层流、高粘度流体［３（）］。??＇?ＨＵＢ??图１－７?ＣＳＥ－ＸＲ型换热器??Ｆｉｇ．１－７?ＣＳＥ－ＸＲ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物发泡材料研究进展[J]. 范兰兰,项庆波,黄慧姿,钟硕. 化工管理. 2019(16)
[2]基于DOE的孔芯式聚合物熔体冷却器参数优化[J]. 李江南,何亚东,WAQAS Mughal,信春玲,李庆春. 塑料工业. 2019(02)
[3]浅谈板式换热器的特点与优化设计[J]. 闫飞. 电子测试. 2018(10)
[4]管壳式换热器强化传热研究进展[J]. 林文珠,曹嘉豪,方晓明,张正国. 化工进展. 2018(04)
[5]浅谈高分子材料的现状与发展[J]. 王辰宇,欧昌锐,范杰. 南方农机. 2017(07)
[6]基于ANSYS Workbench的新型SMX静态混合器的数值分析[J]. 李晓丹,何亚东,信春玲,王泽鸣,白雪. 北京化工大学学报(自然科学版). 2017(01)
[7]聚合物熔体冷却器结构开发及理论计算分析[J]. 杨丽含,朱伟林,吴申康,郑大龙,李庆春,何亚东. 塑料科技. 2016(09)
[8]聚合物发泡成型研究进展[J]. 王岗,陈静波. 精密成形工程. 2016(01)
[9]高粘度流质下管壳式折流板开孔换热器换热性能的数值模拟[J]. 叶萌,喻九阳,郑小涛,林纬,郑鹏,高海. 当代化工. 2015(01)
[10]石油化工行业中换热器的种类及用途原理[J]. 王瑶. 科技与企业. 2014(16)
博士论文
[1]板式换热器传热传质实验与理论研究[D]. 李冠球.浙江大学 2012
硕士论文
[1]聚合物熔体冷却器结构设计及优化[D]. 李晓丹.北京化工大学 2017
[2]螺旋板式换热器的优化设计及热力学分析[D]. 蔡飞.华东理工大学 2014
[3]高粘度流体传热强化研究[D]. 赵洪彬.华南理工大学 2011
本文编号：3059960
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