管內帶螺旋線的降膜蒸發器傳熱性能研究

王 魁，朱 艷

（天津晟遠環境有限公司，天津 300000）

管內帶螺旋線的降膜蒸發器傳熱性能研究

王 魁，朱 艷

（天津晟遠環境有限公司，天津 300000）

以水為工作介質，研究了降膜蒸發器的傳熱性能，考察了在降膜蒸發器換熱管內插入不同型式的螺旋線對蒸發器的影響。對10種不同規格的螺旋線，分別進行了恒壁溫實驗和傳熱實驗。實驗數據表明，矩形截面的螺旋線對傳熱的強化效果好于圓截面螺旋線；同時螺旋線結構參數等對降膜蒸發側傳熱性能有良好的強化作用。

降膜蒸發；強化傳熱；螺旋線插入物；傳熱系數

1 研究目的

降膜蒸發器內液膜流動狀態直接影響著降膜蒸發器的傳熱效果，提高降膜蒸發器的傳熱，可在換熱器內插入螺旋線對降膜蒸發器傳熱進行強化，蒸發器傳熱效率提高，可以減少設備投資，還對節約能耗有著重要意義。本文通過觀察螺旋線的加入對換熱管內液膜流動情況，來研究螺旋線對降膜蒸發器傳熱效果的影響。對比矩形截面與圓截面螺旋線的傳熱強化效果，確定實驗條件下的螺旋線最佳參數范圍。

2 熱模實驗流程

2.1 熱膜實驗內容

測試插圓形螺旋線的降膜蒸發管與矩形螺旋線的降膜蒸發管的傳熱性能。找出螺旋線參數對降膜蒸發傳熱性能的影響。

2.2 熱膜實驗方法

（1）實驗方法。降膜蒸發傳熱系數受諸多因素的影響，本文主要討論進料量、螺旋線形狀等參數對蒸發傳熱系數的影響。實驗中改變的量有：進料量、加熱蒸汽的溫度、螺旋線插入物的幾何參數。測量量：進料量、進料溫度、換熱管壁溫、加熱蒸汽溫度、螺旋線的截面幾何參數。按單位流量為0.11～1.11 kg/（m ·s）；進料量為40～400l/h；螺旋線參數的規格見表 1。

表1 螺旋線尺寸表

實驗在常壓和減壓工況下進行，通過計算蒸發管上冷凝液的質量可得到料液蒸發吸收的熱量。

圖1 實驗裝置圖

（2）實驗檢查。如圖1所示，首先儀表調試使其處于正常工作狀態，然后檢查泵、閥門、加熱器等是否滿足實驗條件，檢驗完畢后進行實驗，在實驗穩定后記錄實驗數據，然后改變變量重復記錄實驗數據。

3 實驗數據的處理

1）實驗的影響有流體波動段：料液經過一個流動波動段后才能在蒸發管內發展為穩定流動。流動波動段長度的計算公式：

式中：XL-流動波動段長度，m；Re-液膜雷諾數；ν-料液的運動黏度，m2/s。本實驗液膜雷諾數為 1 654～14 945，從而得到波動段長度為 0.053～0.258m，因為本實驗的裝備，至加熱段已基本達到充分波動階段，所以流動波動段對實驗數據基本無影響。

2）料液進口溫度的影響：實驗考察的是降膜蒸發的傳熱系數，進入換熱管前的料液的溫度為飽和溫度，如果料液沒有達到飽和溫度進料，換熱管上部會先預熱，所以凝液會減少，因此用蒸汽冷凝液換算傳熱量時會偏小，所以若按飽和進料溫度計算傳熱系數時就會造成傳熱系數偏小。

4 實驗結果與分析

在常壓下進行熱模實驗，加熱溫度為105℃、107℃、110℃、113℃和 115℃，進料量為 0.105 93～1.059 29kg/（m·s），常壓下液膜雷諾數 Re 為 1 493～14 930。

4.1 熱模實驗結果及分析

熱模實驗通過管中有螺旋線的降膜蒸發器的傳熱性能更優的基礎上，還證實了螺旋線截面的幾何形狀、傳熱溫差和螺旋線結構參數是降膜傳熱系數的主要影響條件。

4.2 螺旋線插入物對降膜側傳熱性能的影響

利用螺旋線對降膜蒸發的傳熱性能進行測試，證實螺旋線對蒸發器的蒸發效果有良好的強化作用，對10種不同型式的螺旋線（具體參數見表1）對降膜蒸發器的傳熱性能進行了研究。實驗結果表明，螺旋線的外形尺寸對傳熱系數有明顯的影響。其中，第j組螺旋線截面為圓截面，經實驗及理論分析驗證為實驗條件下傳熱強化效果最好的螺旋線；而前9組均為矩形截面，通過實驗結果計算可看出，矩形截面的螺旋線對傳熱的強化效果好于圓截面。

5 結論

螺旋線強化降膜側傳熱系數的主要原因：①螺旋線在液膜里的振動可以破壞液膜流層，減小熱阻，強化傳熱；②加入螺旋線增加液體流動時長，增加傳熱時長。

螺旋線截面的幾何特征對傳熱系數有明顯的影響，矩形截面的螺旋線比圓截面螺旋線強化效果好，這是因為矩形截面的螺旋線的漩流效果好于圓截面螺旋線，這等于加長了流體行程，從而使傳熱效率提高的程度大于圓截面螺旋線。

[1] 姜世楠.波形豎管降膜蒸發傳熱與流動性能的研究[D].天津：天津科技大學，2003.

Study on Heat Transfer Performance of Falling Film Evaporator with Helix

Wang Kui，Zhu Yan

In this paper，the heat transfer performance of falling film evaporator was studied with water as the working medium. The influence of different types of helix on the evaporator was investigated.On the 10 different specifications of the helix，were carried out constant wall temperature test and heat transfer test.The experimental data show that the reinforcement effect of the helix on the heat transfer is better than that of the circular section helix.The influence of the helix structure parameters on the heat transfer performance of the falling film evaporates.

falling film evaporation；enhanced heat transfer；helix inserts；heat transfer coefficient

TQ051.62

A

1003-6490（2017）06-0132-02

2017-05-06

王魁（1988—），男，河北滄州人，助理工程師，主要研究方向為傳熱。