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热管换热器管束的外部沸腾换热

来源:至德钢业 日期:2021-08-29 06:35:39 人气:588

 在热管余热回收锅炉中常应用气汽热管换热器,其一侧是翅片管,另一侧为光管。翅片管侧从烟气中吸收余热,光管侧依靠水的沸腾产生蒸汽将热量带走。下面将讨论管束外部沸腾放热系数的计算。


 考虑到热管管束在光管部分的排列不很紧密,而且都浸泡在大容器的沸腾液体中,因此,可以当作大容积沸腾来处理。而大容积中的沸腾传热目前已做了比较充分的研究(见传热学中有关部分)。


 实验表明,一个表面沉浸在大容积中的沸腾情况与加热面的过热度有关。所谓的过热度是加热壁面的温度Tw与沸腾液体饱和温度Ts之差。例如,对一个大气压下的水,当过热度ΔT=Tw-Ts逐渐增加时,其热流密度q和沸腾放热系数α的变化规律如图5-6所示。


表 6.jpg


  实验表明,图中曲线的特点与汽泡的数目紧紧联系在一起。当ΔT<5℃时(AB段),汽泡数目很少,只能在加热面上的个别点产生,基本上属于自然对流换热的范畴;随温差ΔT的增大,汽泡越来越多,汽泡在壁面上的频繁产生,成长和浮升,这个过程进行中使放热系数迅速增大,称为泡态沸腾(BC段);当ΔT超过一定值时(在1个大气压下,此值约为25℃),汽泡增多以致连成一片,形成汽膜包围加热面,因而使放热系数大大下降。在CD段,汽膜是不稳定的。到了D点以后,汽膜的生成和脱离趋于稳定,因而放热系数也趋于恒定了。C点以后的沸腾状态称为膜态沸腾。C点是泡态沸腾向膜态沸腾的转换点,称为临界点。这一点对应的放热系数称为临界放热系数;对应的热负荷称为临界热负荷。


工业上的沸腾设备都希望在泡态沸腾下工作。因为泡态沸腾不但具有较高的放热系数,而且ΔT较小,壁温较低,不会烧坏设备。泡态沸腾放热系数还和沸腾液体的压力有关,在同一个过热度下,随着压力的增大,放热系数增大。放热系数还和沸腾液的种类和物性有关,不同的液体,泡态沸腾的放热系数会有很大的差别。此外,加热面的材质、粗糙度等对放热系数也有显著的影响。


可见,影响泡态沸腾的因素很多,这给理论和实验研究带来很多困难。目前,尚没有满意的纯理论的求解公式,多数是实验公式或半理论公式。


例如


43.jpg

表 4.jpg


(例题 5-6 )


 有一热管余热锅炉,热负荷为12x104kwh,水的沸腾侧由106根0.3m长的光管组成,管径d.=25mm,此余热锅炉提供1kgf/c㎡2(表压)的饱和蒸汽,试确定沸腾放热系数。


例 6.jpg


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