小管径水平圆管管外冷凝传热数值分析

发布时间：2024-12-11 03:29

　　 设备小型化发展的不断深入和高热流密度换热的需要促使了具备更高换热性能的小管径冷凝换热的研究。基于Nusselt膜状冷凝传热理论,构建了水平圆管从管外冷凝换热直到管内对流换热的计算模型和程序,并借助已有文献的试验结果完成了计算模型和程序的校验。随后,文章重点探讨了水平圆管管外冷凝换热的热阻分布,揭示当前管外冷凝换热热阻在单管整体换热热阻中所占比重较小的事实。通过进一步计算和比较本文认为,管外冷凝换热系数适度的退化对小管径水平圆管的整体换热影响较小,并不能改变小管径管外冷凝换热的优势。本数值分析可为小管径壳管换热器的研制以及微小管径冷凝换热试验的设计提供理论支撑。

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【部分图文】：

图1 水平圆管换热层分布

对于高温水蒸气在铜管外表面遇冷凝结,凝结热量穿过铜管被管内流动的低温冷却水带走的情形,其水蒸气、液膜、铜管层和流动冷却水的分布如图1所示。假设水蒸气温度为一个大气压下对应的饱和温度Tsat=373.15K,铜管外壁面(靠近管外液膜)温度记为Two,水蒸气向铜管外壁面的传热可用N....

图3 铜管及冷却水温度

图3示出圆管长度L=0.5m,圆管外径4mm,内径2mm,冷却水质量流率为500kg/m2s时铜管壁面及冷却水沿管长l的温度分布。冷却水入口温度Twa,in=323.15K,由图3可以看出,铜管的内外壁面温差很小,这是由于铜材良好的导热性造成的;铜管外壁面温度接近水蒸气....

图4 不同管外直径下的冷却水温度分布

图4示出圆管长度L=0.5m,铜管厚度1mm,冷却水质量流率500kg/m2s,入口温度50℃时不同管外直径下的冷却水温度Twa。对于相同的质量流率,冷却水进出口温差越大表明圆管换热能力越好。由图4知,若不同管径的水平圆管管外冷凝传热系数均可用Nusselt换热模型计算,....

图5 不同层热阻沿流动方向占比

由于同一微元段上各层间的热量传递守恒,因此不同层间的热阻大小与其对应的温差成正比,我们可以依此评价不同层间的热阻占比。图5示出图3所对应工况下的热阻沿流动方向的占比。由图5可以看出,冷凝传热热阻占总热阻比重不到10%,铜管的导热热阻几乎可以忽略,而铜管内壁面与冷却水间的对流换热热....

本文编号：4016115