陶瓷膜過濾換熱一體化元件余熱回收性能分析

我國油田采出水余熱資源豐富，但目前采出水余熱回收效率較低。為了提高采出水余熱回收效率，提出了陶瓷膜過濾換熱一體化元件，采用數值模擬方法開展了螺旋換熱管結構參數和工藝參數對余熱回收性能影響的研究。研究結果表明：與光滑換熱管相比，螺旋結構增強了采出水流動的湍動能，有利于破壞邊界層，提高流體混合性能，強化換熱管余熱回收性能；當螺距為15 mm，流量比為0.6時，綜合評價因子具有最大值1.041，強化傳熱效果最好，此時努塞爾數較光滑管提高了13.5%，摩擦因數提高了21.3%，吸熱功率提高了16.3%，余熱回收效率達到29.1%。研究結論可為提高開采余熱回收效率提供理論參考。

油田采出水；余熱回收；過濾換熱一體化元件；螺旋管；數值模擬；流場分析

TE934

A

202405014

Waste Heat Recovery Performance of Ceramic Membrane

Filtration and Heat Exchange Integrated Element

Fu Biwei¹"Huang Chao¹"Ma Weiguo¹"Hu Zhiqiang²

（1.School of Mechanical Engineering， Yangtze University; 2.Jianghan Machinery Research Institute Limited Company of CNPC）

Oilfields in China are abundant in waste heat resources from produced water， which， however， are currently recovered with a low efficiency. To enhance the efficiency of waste heat recovery from produced water， a ceramic membrane filtration and heat exchange integrated element is proposed. Numerical simulation was conducted to investigate the impacts of structural and process parameters of the spiral heat exchange tube on the waste heat recovery performance. The results indicate that， compared to the smooth heat exchange tube， the spiral heat exchange tube enhances the turbulent kinetic energy for the produced water flow， which is conducive to disrupting the boundary layer， improving fluid mixing performance， and enhancing the waste heat recovery performance of the heat exchange tube. When the spiral pitch is 15 mm and the flow ratio is 0.6， the comprehensive evaluation factor （PEC） reaches a maximum value of 1.041， indicating the best enhancement of heat transfer effect. At this point， the Nusselt number （Nu）， friction factor （f） and heat absorption power are 13.5%， 21.3% and 16.3% higher than those of the smooth heat exchange tube， and the efficiency of waste heat recovery reaches 29.1%. The research results provide a theoretical reference for improving the efficiency of waste heat recovery in oilfield development.

oilfield "produced water; waste heat recovery; filtration and heat exchange integrated element; spiral heat exchanger tube; numerical simulation; flow field analysis

0"引"言

據統計我國油田采出水余熱資源豐富，經初步測算，中國油田含油污水量為15×10⁸～20×10⁸"t^［1-2］，且污水溫度均在40～70 ℃之間^［3］，如果能實現采出水余熱的高效回收對促進“碳中和”“碳達峰”，實現能源低碳環保具有重要意義。為此，采出水余熱回收受到了國內外學者的廣泛關注。目前油田采出水余熱回收主要采用熱泵技術，但是該技術回收效率較低且污水處理和余熱回收分開進行，油田采出水經過一系列的前處理之后才能進行余熱回收，所以會導致一部分熱量會在污水處理過程中損失，造成大量的能量損失。因此，針對這個問題，提出了陶瓷膜過濾換熱一體化元件，即在過濾膜通道內插入換熱管，實現油田采出水過濾與余熱回收一體化處理，減少采出水處理過程的熱量損失，進而提高采出水余熱回收效率。

新型陶瓷膜過濾換熱一體化元件由換熱管和膜元件組成，其中換熱管傳熱性能決定了設備的采出水余熱回收效率，為此開展換熱管強化傳熱研究對提高采出水余熱回收效率至關重要。目前國內外已有許多關于強化傳熱方面的研究，并得到了許多有意義的結論。王苡帆等^［4］采用數值分析方法對液化天然氣在扭曲管內發生相變時的傳熱和流動特性進行了研究，得到扭曲管道內流體流動產生的二次流強化了管道的傳熱性能，其換熱性能優于相同條件下的圓管。岳清雯等^［5］采用熱流耦合的方法分析了水平螺旋管換熱器殼側流體流量和溫度改變情況，得出了水平螺旋管流體受曲率的影響將產生離心力，形成了有別于直管流動換熱的二次流，增強了換熱器傳熱效果。曹興等^［6］采用數值模擬的方法，分析了螺旋管內流體速度場和溫度場的分布規律，分析結果表明：螺旋管內流體會受二次流的影響，隨著轉角的增大，最大速度逐漸靠近外側壁面，熱量逐漸從管壁傳遞到管內核心區域。趙進元^［7］采用數值模擬的方法分析了一種新型螺旋縱槽管的換熱性能，分析結果顯示：螺旋縱槽管換熱性能優于其他結構的螺旋管，其強化換熱效果受進口雷諾數的影響不大。黃光勤等^［8］基于提出的螺旋埋管換熱器三維數值傳熱模型，模擬研究了螺旋埋管的樁徑、樁深及螺距對其換熱能力的影響，得出了在不同螺距條件下螺旋埋管換熱器單位管長換熱量關于樁徑和樁深的函數關聯式。S.KIA等^［9］采用數值模擬方法分析了不同螺距和節圓直徑的螺旋管傳熱性能，結果表明：與直管相比，螺旋管的傳熱效率提高了19.5%;此外，通過減小螺距和節圓直徑，傳熱效率分別提高了6.0%和16.5%。WANG G.H.等^［10］對螺旋管換熱器殼程傳熱與流動特性進行了試驗和數值研究，研究結果表明，換熱管直徑和管半徑R顯著影響努塞爾數、摩阻系數f和綜合評價因子P_ec。M.HAZIM^［11］通過基于螺旋管的熱交換器的非圓截面彈簧線擾流器的研究，得到了從高到低增強努塞爾數的一般順序是三角形、矩形、六邊形、正方形和圓形。WANG J.等^［12］研究了幾何參數對換熱和流動特性的影響，結果表明，較小的螺距可以誘導充分的流體混合強化換熱，產生較大的摩擦阻力。CAO Y.等^［13］采用數值模擬和試驗的方法分析了帶波紋的螺旋管換熱器，研究結果表明，在不增加換熱器質量、面積和尺寸的情況下，帶波紋的螺旋管能顯著提高換熱器的比熱容。以往研究表明，螺旋管內流動在離心力的作用下會形成二次流有利于強化傳熱，但是關于螺旋管內、外流動對傳熱規律影響的研究還相對較少。為此，對陶瓷膜過濾與換熱一體化元件傳熱性能開展研究，成為提高采出水余熱回收效率的關鍵。

綜上，為提高采出水余熱回收效率，提出了陶瓷膜過濾換熱一體化元件，并采用數值模擬方法開展陶瓷膜過濾與換熱一體化元件關鍵結構參數與工藝參數對其換熱性能和余熱回收性能影響的研究，其對提高開采水余熱回收效率具有重要意義。付必偉，等：陶瓷膜過濾換熱一體化元件余熱回收性能分析

1"陶瓷膜過濾與換熱幾何模型及評價

指標

1.1"采出水過濾與余熱回收工藝

陶瓷膜過濾器污水處理工藝流程及工作原理如圖1所示。

從圖1a可知，油田采出水經一級、二級處理工藝之后到達精細過濾階段，陶瓷膜過濾器位于精細過濾階段，在油田采出水處理中起著至關重要的作用。從圖1b可知，陶瓷膜過濾器由筒體和許多個膜元件組合而成，在筒體內插入膜元件通過一定的壓力實現污水過濾。本文提出的陶瓷膜過濾換熱一體化元件，即在膜元件的膜孔內插入換熱管，可使污水處理和余熱回收同時進行，如圖1c所示。由于過濾對換熱影響較小。所以本文僅對陶瓷膜元件單孔流動換熱展開研究。插入換熱管前后對比如圖1b、圖1c所示。

1.2"幾何模型及模型假設

1.2.1"幾何模型

圖2為通過三維繪圖軟件SolidWorks繪制的單孔過濾換熱一體化元件的幾何模型。該元件由陶瓷膜元件與換熱管組成。高溫采出水在膜通道內壁和螺旋管之間的環空內流動，常溫水在螺旋管內流動。高溫采出水的熱量通過換熱管將熱量傳遞至常溫水，達到污水余熱回收的目的。

陶瓷膜過濾換熱一體化元件的關鍵參數及分析方案如表1所示。本文主要分析了換熱管螺距、一體化元件長度和采出水與常溫水的流量比對其采熱性能和余熱回收效果的影響。

1.2.2"模型假設

（1）由于陶瓷膜導熱系數較小，熱量耗散較少，分析中假設膜元件內壁為絕熱壁面。

（2）假設換熱管與陶瓷膜通道同軸。

（3）由于過濾對換熱影響很小，所以忽略膜過濾對余熱回收的影響。

1.3"余熱回收性能評價指標

吸熱功率、采熱性能參數等常作為換熱性能的評價指標^［14-15］。

1.3.1"吸熱功率

根據熱力學理論可知，介質所含的熱量Q計算式如下：

Q=q_mC_pT

（1）

式中：q_m為質量流量，kg/s；C_p為比熱容，J/（kg· ℃）；T為介質溫度， ℃。

冷水的吸熱功率計算式為：

Q_in=q_coldC_pT_out-T_in

（2）

式中：q_cold為冷水的質量流量，kg/s；T_out為冷水出口溫度， ℃；T_in為冷水入口溫度， ℃；Q_in為冷水吸熱功率，W。

1.3.2"采熱性能參數

為了更好地比較換熱器強化傳熱的效果，其換熱特性通常用換熱器的努塞爾數Nu來表征。努塞爾數Nu是影響對流換熱系數的重要參數，是評估傳熱效率的關鍵指標；努塞爾數越大說明流體混合越好，對熱邊界層的破壞越強，強化傳熱效果越好。

局部努塞爾數可表示為：

Nu=hD_hK（3）

其中：

h=q″T_w-T_m

（4）

D_h=4A_cP_w

（5）

式中：K為導熱系數，W/（m·K）；h為對流換熱系數，W/（m²·K）；q″為熱通量，W/m²；T_w為熱壁面溫度，K；T_m為局部流體溫度，K，T_m=T_in+T_out2；D_h為水力直徑，m；A_c為橫截面面積，m²；P_w為橫截面的濕潤周長，m。

流體介質在管道內流動時，流體動量會逐漸降低，能量的損失主要來源于沿程阻力損失和局部損失。換熱器的強化傳熱通常會伴隨阻力損失的增加，因此對換熱器的阻力損失進行了研究。達到穩定狀態的水流中的摩擦因數f評估計算式為：

f=2D_HΔpLρv²（6）

式中：Δp為入口和出口之間的壓差，Pa；D_H為管道直徑，m；L為管道長度，m；ρ為流體密度，kg/m³；v為流體速度，m/s。

摩擦因數決定了泵的功率。

同時考慮Nu和f的情況下對換熱器的綜合性能進行評價，提出了綜合性能評價因子P_ec（PerformanceEvaluationCriteria），其表達式為：

P_ec=Nu/Nu_sf/f_s1/3

（7）

式中：Nu為新型換熱器的努塞爾數；f為新型換熱器的摩擦因數；Nu_s為光滑管的努塞爾數；f_s為光滑管的摩擦因數。

P_ec值綜合了努塞爾數Nu和摩擦因數f，可以有效地評價換熱器強化傳熱的優劣。當P_ec大于1時，表明換熱器的綜合性能較光滑管換熱器有所提升，且P_ec越大強化傳熱效果越好。

2"數值模型

2.1"計算模型

圖3為陶瓷膜過濾換熱一體化元件計算模型。該模型由膜通道內壁、螺旋換熱管組成。其中常溫水入口在螺旋管左端面，出口在螺旋管右端面，高溫污水入口在環空右端面，出口在環空左端面。

2.2"控制方程

為了求解流場，采用了Fluent軟件，基于上述模型假設以及雷諾平均Navier-Stokes模型，由于流場具有強流線彎曲的特點，所以選用旋渦、強流線彎曲等有較好表現的RNG k-ε湍流模型。連續性方程、動量控制方程如下^［16-19］：

x_iρu_i=0（8）

x_iu_jρu_i=-px+x_jμu_ix_j-ρu′_iu′_j—————（9）

其中：

ρu′_iu′_j—————=μ_tu_ix_j+u_jx_i-23ρkδ_ij-23μ_tu_kx_kδ_ij

（10）

能量控制方程如下：

x_jρu_iT=x_iμPr+μ_tPr_tTx_i

（11）

式中：x_i和x_j為x和y方向的位移，m；u_i和u_j為x和y方向的速度，m/s；ρ為流體密度，kg/m³；p為壓力，Pa；μ和μ_t為流體黏度和湍流時的流體黏度，Pa·s；ρu′_iu′_j—————為雷諾應力項，kg/（m·s²）；k為湍流動能，m²/s²；δ_ij為克羅內克函數；Pr和Pr_t為普朗特數和湍流時的普朗特數，m；T為冷水出口溫度， ℃。

湍流動能（k）和耗散率（ε）的方程為：

x_iρu_ik=x_jμ_tσ_k+μkx_j+G_k+ρε

（12）

x_iρu_iε=x_jμ_tσ_ε+μεx_j+

εkC_1εG_k-ρC_2εε

（13）

式中：ε為湍流耗散率，m²/s³；G_k為由平均速度引發的湍流動能項，Pa/s；σ_k、C_1ε及C_2ε分別為RNG k-ε湍流模型的常數，σ_k=1，σ_ε=1.3，C_1ε=1.42和C_2ε=1.68。

2.3"邊界條件

基于現場常用的陶瓷膜元件產品，選擇膜道直徑為8 mm的12型膜元件展開分析。陶瓷膜元件參數如表2所示。

該陶瓷膜的膜孔徑為200 nm，采出水通量為800 L/（h·m²），膜面積為0.025 m²。根據流量等于膜通量乘以膜面積，計算得出進口流量為20 L/h，對應的進口質量流量為0.005 56 kg/s。采出水入口溫度根據第1擋次采出水溫度設定為60 ℃^［19］。采出水出口設定為壓力出口。根據陶瓷膜跨膜壓差需求，出口壓力設定為0.2 MPa。冷水入口亦為質量流量入口，流量可變，冷水入口溫度為20 ℃。冷水出口設為壓力出口。換熱管材料為銅（Cu），導熱系數為387.6 W/（m·K）。具體邊界條件設置見表3。

2.4"網格劃分和獨立性驗證

網格劃分方案如圖4所示。網格采用非結構化網格，換熱管表層均設置邊界層，近冷流體設置5層，近熱流體設置3層。最終得到網格數量為234 677個，網格單元平均質量（ElementQuality）0.61，網格質量符合要求。

為了消除網格對數值計算結果的影響，對數值模型進行了網格無關性分析。圖5為熱水進口流量20 L/h，冷熱水進口流量比為0.6時，8種網格劃分方案對應的冷水采出溫度T_out計算結果。從圖5可以看出，當網格數量超過215 000之后，冷水采出溫度趨于穩定。為了保證計算精度，盡量縮減計算時間，分析采用的網格數量為235 000個。

3"結果分析

3.1"流場分析

3.1.1"溫度場分析

圖6為5種換熱管縱截面溫度分布云圖。圖6中左側為常溫水入口、采出水出口，右側為采出水入口、常溫水出口。從圖6可見，常溫水進入換熱管后溫度逐漸升高，連接5種換熱管低溫區端點可得到如圖6中所示黑線，端點越靠近常溫水入口表示溫升更快。由黑線可以看出，螺旋管能明顯增加常溫水的溫升速度，且隨著螺距減小，溫升更快。因為隨著螺距減小，更容易出現旋流，流體混合就會更好，所以螺距為15 mm的螺旋管內冷水溫升更快，最終得到螺距為15、20、25及30 mm的螺旋管和光滑管冷水出口溫度分別為315.71、315.14、314.21、313.81和309.64 K，說明螺旋管可以增強換熱效果，并且減小螺距換熱效果更好。

3.1.2"速度場分析

圖7為5種換熱管縱截面速度分布云圖和橫截面矢量圖。

從圖7可見，高速區存在于換熱管內中心處，低速區存在于近壁面處，因為流體與壁面之間有黏滯力的作用，離壁面越近受黏滯力的影響越大；隨著螺距減小高速區黏滯力更大，但螺距15和20 mm差距不大，高速區隨螺距減小更靠近冷水入口。因為冷水剛進入換熱管時沿著軸心方向，部分流體會與螺旋管壁發生碰撞從而形成局部高速，而螺旋管結構會使流體產生旋流，越往后旋流越明顯，碰撞越少，局部高速區減弱，而且隨著螺距減小產生旋流更快，局部高速區減弱得就越快。圖7a顯示螺旋管的結構使流體方向發生了改變，且一部分流體對換熱管壁和陶瓷膜膜孔內壁有一定的沖擊，對換熱管壁的沖擊有利于破壞邊界層，增強換熱性能，對陶瓷膜膜孔內壁的沖擊可以增強過濾性能。

3.1.3"壓力場分析

圖8為5種換熱管壓力分布云圖。圖8中環空壓力在0.2 MPa左右，能夠達到陶瓷膜過濾的要求。最終得到螺距為15、20、25、30 mm螺旋管和光滑管冷水壓降分別為338、270、225、202和170 Pa，熱水壓降分別為362、278、233、206和143 Pa。分析結果表明，減小螺距會增加壓降，壓降增大就會導致摩擦因數f增大，從而就會有更大的壓降損失。由于出口壓力均為0.2 MPa，所以熱水壓降表明螺旋管與光滑管相比可以增加環空壓力，更有利于過濾，但螺旋管螺距減小，壓力增加并不明顯。

3.1.4"湍動能分析

圖9為流量比為0.6時螺旋管縱、橫截面的湍流動能分布云圖。

從圖9可見：由于螺旋管壁凸起的頂端使得流體直接撞擊壁面，綜合圖7可知，高速區也在螺旋管壁凸起的頂端附近，所以此處被流體撞擊的換熱管壁面會有較大的湍流動能；隨螺旋管螺距減小，高速區越明顯，湍流動能越大。這是因為減小螺距更容易產生旋流，對流體的擾動增強，從而促進流體混合，而湍流動能越大越容易產生渦流等不規則運動，從而強化傳熱；最大的湍流動能出現在冷水入口處和熱水入口處換熱管壁第一個凸起的頂端，因為剛進入時流動方向沿著軸心方向，所以對凸起處的沖擊最大，而到后面的凸起結構時大部分流體已經形成旋流，所以對凸起處的沖擊變小，湍流動能就會減小。

圖10為流量比為0.6時5種換熱管橫截面的湍流耗散率分布云圖。湍流耗散率表示湍流動能耗散轉換成熱能的能量，越大越均勻，效果越好^［13］。圖10中可見螺旋管能明顯提高湍流耗散率。綜合圖9和圖7可知，螺旋管距離膜孔壁面最近的換熱管壁面處凸起的地方被流體撞擊，使此處流體混合更好，所以此處擁有最大的湍流耗散率，并且螺距15 mm的螺旋管湍流耗散率更大、分布更均勻。分析結果表明，湍流耗散率隨著螺距的減小而增加，并且隨著螺距減小，湍流耗散率分布更均勻，具有更好的傳熱效果。

3.2"換熱管采熱性能分析

圖11為5種換熱管平均努塞爾數隨冷熱水入口流量比的變化曲線。

由圖11可知：隨著冷熱水入口流量比增大，努塞爾數不斷增大，這是因為流量比增加，流速增大，雷諾數增大，從而增大了努塞爾數，但隨后增大的趨勢漸緩；當流量比從1.8增大到2.0時，5種換熱管的努塞爾數增長率均小于2%，趨于穩定，這是因為流量比到2.0時，流速已經很大，流體混合已經接近一個極限，繼續增大還可能會產生副作用；入口流量相同時，努塞爾數隨螺距減小而增大，因為螺距越小，環空通道的容量越小，在相同流量條件下的流速越大，同時流動的擾動性增強；當流量比為2.0時，螺距從30 mm減小到15 mm，努塞爾數增加了6.4%，在螺距從20 mm減小到15 mm時努塞爾數僅增加1.02%。由此表明，當螺距小于20 mm后，繼續減小螺距對努塞爾數的影響較小。綜上，當流量比為1.8，螺距為15 mm時，螺旋換熱管具有較好的采熱性能，努塞爾數與光滑換熱管相比提高了8.46%，為工程實際選擇流量比與螺距提供了參考依據。

圖12為5種換熱管摩阻系數f隨冷熱水進口流量比的變化曲線。

由圖12可知：隨著比值增大，摩阻系數在不斷減小，但曲線趨于平緩，這是因為流量增加，流體流速增加，由式（6）可知，摩阻系數與速度的平方成反比，所以流量比增大，流速增大，導致摩阻系數降低。當流量比從1.8增加到2.0時，5種換熱管減小率均在7%左右。同樣的，綜合圖7分析可知，增大螺距也會使流體流速增加，從而減小摩阻系數。分析結果表明，在比值為2.0時，螺距從30 mm減小到15 mm，摩阻系數增加了24%；螺距15 mm時有最大的摩阻系數（f為0.031），較光滑管增加了29.2%；其次是螺距20 mm，較光滑管增加了20.8%。分析結果表明，減小螺距會增大摩阻因數，從而導致熱量損失。

圖13為5種換熱管綜合評價因子P_ec隨流量比的變化曲線。P_ec值綜合了努塞爾數Nu和摩擦因數f，可以有效地評價換熱器強化傳熱的優劣。當P_ec大于1時，表明換熱器的綜合性能較光滑管換熱器有所提升。分析結果表明，螺距為30 mm時P_ec值幾乎都小于1，所以螺距為30 mm的螺旋管不可行；螺距為25 mm的螺旋管在流量比為0.5～1.8之間對換熱有促進作用，但強化傳熱效果不太理想；螺距15 mm的螺旋管與20 mm變化趨勢相同，在流量比小于0.6時，增大流量比對努塞爾數Nu的影響更大，P_ec值再增大，超過0.6之后，繼續增大流量比則對摩擦因數f的影響更大，導致P_ec值降低，所以在流量比為0.6時得到一個峰值評價因子（1.041）。分析結果表明，在工程實際中選擇螺旋管螺距時，可根據流量比選擇：若流量比在0.2～0.9之間，建議選擇螺距為15 mm的換熱管，因為此時的換熱管具有更好的強化傳熱效果；若流量比超過了0.9，則是螺距為20 mm的換熱管強化傳熱效果更好。

3.3"余熱回收性能分析

圖14為5種換熱管冷水采出溫度T_out和吸熱功率Q_in隨流量比的變化曲線。

從圖14可見，隨著流量比增加，采出溫度在降低，吸熱功率在增加，但趨勢都逐漸平緩。這是因為熱水進口流量不變，熱水所攜帶的熱量就不變，增大流量比就是增加冷水入口流量，雖然整體吸熱功率在增加，但是冷水平均采出溫度卻會降低且最后都會趨于穩定。流量一定時，減小螺距會提高冷水采出溫度和吸熱功率。這是因為螺距減小換熱面積增加、流體也更容易產生旋流從而強化傳熱。最后得到流量比為2.0，螺距為15 mm的螺旋管臨界吸熱功率最大（361.49 W），較光滑管增加了16.7%；其次為螺距20 mm的螺旋管，較光滑管增加了13.9%。

圖15為100～600 mm范圍內，間隔為100 mm，換熱管的吸熱功率和換熱效率隨長度L變化的曲線。從圖15可見：吸熱功率和換熱效率均隨長度L增加而增大，但是增幅不斷減小；當換熱管長度大于500 mm后，吸熱功率增量為8.64 W，增長率為2.1%。這是因為隨著換熱管長度L增加，冷熱水溫差降低，換熱驅動力降低，所以導致換熱效果不明顯，因此換熱效率也逐漸趨于穩定。分析結果表明，當換熱管長度超過600 mm后，吸熱功率和換熱效率基本趨于穩定，換熱效率達到29.1%，所以換熱管長度選擇600 mm，此時單根換熱管的吸熱功率407.76 W，則一根17通道的陶瓷膜元件吸熱功率可達到6 931.92 W，一個17根陶瓷膜元件的過濾器吸熱功率達到117 842.64 W，每1 h回收熱量約425 000 kJ，相當于約15 kg標準煤完全燃燒放出的熱量，余熱回收效果顯著。

4"結"論

為強化油田采出水余熱回收效率，提出了新型油田采出水陶瓷膜過濾與換熱一體化元件，采用流熱固數值模擬方法，分析了該元件的余熱回收性能，得出結論如下。

（1）隨螺距減小，流體流速更快，更容易形成旋流，對熱邊界層的破壞更強，從而使換熱管內冷水溫升更快，同時流體對膜通道內壁的沖擊也有利于提升過濾性能，但螺距從20 mm減小到15 mm后流速、溫升等變化均不明顯。

（2）努塞爾數隨螺距和流量比的增大而增大；摩擦因數隨螺距的增加而增大，隨流量比的增加而降低；綜合評價因子在流量比為0.6，螺距為15 mm時有最大值1.041，強化傳熱效果最好，此時努塞爾數較光滑管提高了13.5%，摩擦因數提高了21.3%。

（3）吸熱功率隨螺距的增加而增加，但是增幅很小；螺旋管長度從500 mm增加到600 mm時吸熱功率增長率僅為2.1%。單個17元件陶瓷膜過濾器每小時回收的熱量約425 000 kJ，相當于約15 kg標準煤燃燒釋放的熱量，余熱回收效果顯著。

（4）流量比為0.6，螺距為15 mm，長度為600 mm的螺旋換熱管吸熱功率較光滑換熱管提高了16.3%，余熱回收效率達到29.1%。

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