错排孔板封头对板翅式换热器流动与换热的影响

　　化学工程错排孔板封头对板翅式换热器流动与换热的影响周民，厉彦忠，文键，王江（西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安710049）热的影响。通过，主要由空气回路系统和数据采集系统组成。，每个小区作为一个通道，可以进行小通道的流量和温度测量。

　　基金项目：西安交通大学博士学位论文基金资助项目（DFXJTL200402）；全国首届优秀博士学位论文作者专项基金资助项目（199933）：周爱民（1979-），男，硕士生，研究方向为制冷与低温工程，电话：（027）88730719―202 EleetoniePublish本呈对称分布；中间2排通道的流速明显大于其余为实现针对不同封头的对比实验，实验中换热器主体部分即热端为安装固定的基本型封头，而冷端为可拆装的不同结构的封头。根据对基本封头的计算结果，在封头内部高度一半的地方加入一块带有不均匀孔的挡板，提出了带孔板的封头结构。理想情况下，孔的面积和通过孔的流体流速可以达到|d4=常数。使得流体在到达封头出口前，就已经进行均匀分配，从而达到改善封头内部物流分配的目的。

　　本文分别对如下2种不同结构的封头进行实验，研究其对换热器内部物流分配及温度分布的影响：工业上普遍应用的基本封头，其结构尺寸与中定义的封头一致。

　　改进的封头结构，采用在封头内部高度一半的地方加入一错排不均匀打孔挡板（称为改进型封头），封头结构见孔板结构见试件中的孔板打孔率沿着挡板的中轴线向两侧逐渐增加且成对称分布。孔板上沿中轴线由里向外分别均匀地打小、中、大3种不同直径的孔。

　　2实验结果分析与讨论为了表示换热器截面通道流量分配和温度分布的不均匀参数，引入数理统计上的标准方差S它体现了计算数据的离散程度，所得值越大表示截面被测量分配越不均匀，反之，其分配就越均匀。定义数；下标ch（i）表示第i个通道的测量值，ave表示截面平均测量值；N表示总通道数。

　　另外引入*表示换热器截面各通道被测参数的大值与小值之比，也从一定程度上反映了不均匀分配的情况。即212种封头结构出口截面流速分布情况详细的实验研究，本文仅以Re=2000时为例来说明。是Re=2000时工业用普通基本型封头结构换热器出口截面流速分布图，采用柱状形式表示30路冷流体流速值。

　　为了便于分析，将与入口管来流相同的方向定义为纵向，垂直来流方向定义为横向。从图中可以看到，基本型封头结构的板翅式换热器内部物流分配极不均匀。换热器出口截面流速分布呈现出一定的规律：由于入口管流速的影响，横向上速度分布是沿着入口管轴线附近速度较高，逐渐向两边递减，基4排通道的流速，随着通道远离总管轴线，其内部流量呈减小的趋势；而纵向上流速分布的变化比横向上要小。这是因为横向物流分配不均匀主要是由封头结构造成的，纵向物流分配不均匀主要是由导流片造成的，而前者的影响是主要的。

　　图中可以明显看出错排孔板改进型封头结构对物流分配的改善，即在目前工业中普遍应用的基本型封头下出口截面流速分布极其不均：对应入口管附近的高速度为336m/s而远离入口管处于截面四角的低速度为0 73m/s大流速比坟为46标准方差Sv为062横向平均速度大和小值分别为2 /s纵向平均速度大和小值分别为242m/s和141m/s而在改进型封头内加入打孔挡板的封头下，中央位置高流速区的速度大大降低，而四周低流速区的速度均明显升高，高流速为1 97m/s而低流速为/s大流速比为1 14标准方差为007横向平均速度大和小值分别为1 /s纵向平均速度大和小值分别为1 /s较基本型都有很大程度上的改善。

　　上述现象可以解释为：错排打孔挡板中央正对阻力，从而使得四周的孔中流过的流体增多，而四周较大的孔径保证了分流来的流体顺利通过。由于错排孔板在当量直径的变化上更具有连续性，因而可以使得经过孔板四周的流体速度不至于降得过低，从而提高了整个板束出口截面流速分布的均匀性。

　　22不同结构封头对换热器换热的影响换热器内部物流分配不均匀性的改进，主要目的是为了提高换热器的换热性能。受实验条件所限，本文中考察热侧流体Re= 800时有3种进口温度，冷侧流体Re=600900120015001800来流条件下相应的变化规律，考察Re数对换热性能的影响。

　　以下出现的Re数均为换热器冷侧流体Re数。

　　221与基本型封头结构换热性能比较实验结果表明，随着Re数的增大，温度分布规律和流场分布规律相一致，不均匀参数都逐渐增大。

　　改进型封头结构在改善截面流量分配的基础上使得温度分布也有很好的改善，降低了温度分布的不均匀参数提高了换热器的换热性能。表1给出了两者的对比结果。

　　表1 2种封头结构换热器温度分布不均匀参数St比较封头类型基本型改进型对换热器整体效能e计算得出：在Re数较小时，改进型封头截面温度分布不均匀参数S，和换热器效率e提高不是很明显；而在Re=1800时，两者均可提高9左右。结合的研究结果可以预测：随着Re数的增加，换热器的物流分配和温度分布不均匀参数将会有显著改善，换热器效率也将会大大提高。

　　222传热温差对出口截面温度分布的影响着入口管的地方孔径篇小可以使来流受到较大的blish大温度与小吝度由3bookmark2为了对比分析同一Re数下传热温差对板翅式换热器截面温度分布的影响，在其他条件不变，冷侧Re=600时，冷流体侧进口温度为34 5通过加热热侧的进口温度来改变冷热流体的传热温差At表2表示了不同温差下换热器的温度分布的不均匀参数，可以看出温度分布随着传热温差的增大出口平均温度升高，截面上温度分布更趋于不均匀，出口大温度与小温度比值*，也逐渐扩大。其原因在于温差增大加剧了不同流量通道之间流体的换热差异，使得换热器通道之间的轴向、周向导热量增大，导致各截面温度分布不均匀参数增大。

　　表2不同温差下温度分布不均匀参数比较（Re=600）223不同Re数对出口温度分布的影响匀。和分别表示了不同Re数改进型封头结构换热器横向和纵向截面温度的分布情况。

　　随着Re数的增大，冷流体30路出口的平均温度有所降低，温度分布趋于更不均匀。这说明随着Re数的增大，温度的不均匀性也逐渐增大，这与流表3列出了不同Re下温度分布的不均匀参数*t的比较，说明了随着Re数的增大，流量分配不均会造成各部分传热不一致，从而导致了温度分布的不均匀，并且换热器截面温度范围在进一步扩大，不均匀参数也逐渐增大，影响了换热器的换热性能。

　　表3不同Re数温度分布不均匀参数0，比较3结论实验发现在封头内部加入错排孔板型封头结构对于改善换热器内部物流分配的不均匀具有很好的效果，能够有效降低大流速和不均匀参数不同进口温度条件对换热器温度分布实验研究表明：冷热流体的传热温差越大，换热器截面温度就越不均匀，小的传热温差可以改善换热器内部温度分布。Re数不仅影响板束单元内部物流分配的均匀性，也是影响温度分布的重要因素。

　　实验分析了不同工况条件下的错排孔板封头结构换热器出口截面温度分布不均匀性，错排孔板型封头结构能有效地改善换热器的换热效果。