專利名稱：一種強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱交換器傳熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種確定管殼式熱交換器強(qiáng)化傳熱所獲得的節(jié)能量的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
管殼式熱交換器強(qiáng)化傳熱性能可以提高設(shè)備回收熱能的數(shù)量實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在同樣熱負(fù)荷條件下可減小換熱面積，節(jié)約材料。強(qiáng)化傳熱性能的主要途徑是采用螺紋管、波紋管、波節(jié)管等強(qiáng)化傳熱元件或改變殼程結(jié)構(gòu)從而提高介質(zhì)的湍流程度，但在強(qiáng)化傳熱的同時(shí)也增加了介質(zhì)流動(dòng)的阻力，引起了與之配套的循環(huán)泵的電力消耗增加，單方面強(qiáng)調(diào)提高傳熱系數(shù)將以巨大的電力消耗為代價(jià)。因此，管殼式熱交換器強(qiáng)化傳熱性能的測(cè)量方法應(yīng)綜合考慮熱能回收效益、泵功消耗相互制約的關(guān)系?！ひ延袌?bào)道的熱交換器性能測(cè)量方法較多，大致可概括為兩類，一是以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，建立的評(píng)價(jià)參數(shù)包括K/A P、AP/NTU、Q/AP，其中，K、AP、NTU、Q分別表示被評(píng)熱交換器的總傳熱系數(shù)、總壓降，傳熱單元數(shù)，熱負(fù)荷，上述測(cè)量參數(shù)中包含的總傳熱系數(shù)、熱負(fù)荷均是反映總體性能熱力學(xué)參數(shù)而壓降則或?yàn)楣艹袒驗(yàn)闅こ?，不能直接反映設(shè)備總體性能。工程實(shí)際中，多分別對(duì)比總傳熱系數(shù)、管程壓降、殼程壓降相對(duì)大小以判斷強(qiáng)化傳熱性能效果，由于涉及到管程壓降、殼程壓降、總傳熱系數(shù)等三個(gè)參數(shù)不能進(jìn)行直接比較，導(dǎo)致無(wú)法量化由強(qiáng)化傳熱措施而獲得的節(jié)能量的多少，此外，以上參數(shù)值均隨流速變化而發(fā)生較大變化，不能反映設(shè)備固有屬性。二是基于熱力學(xué)第二定律，代表性的測(cè)量參數(shù)有(火用)、熵產(chǎn)單元數(shù)等，該類方法反映了設(shè)備的熱力學(xué)完善程度，由于熱交換器工程設(shè)計(jì)過程所涉及到的熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)主要以溫度、流量、壓降、熱負(fù)荷、傳熱系數(shù)為主，極少基于熱力學(xué)第二定律參數(shù)進(jìn)行熱交換器設(shè)計(jì)，使得該類方法與熱交換器設(shè)計(jì)過程無(wú)法融合不能有效指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不能確定節(jié)約的熱能、換熱面積、泵功消耗引起的電能的多少。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述技術(shù)難點(diǎn)，本發(fā)明目的在于提供一種強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明米取的技術(shù)方案在于，提供一種強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(一 )測(cè)試被評(píng)熱交換器的流動(dòng)性能，回歸得到描述設(shè)備流動(dòng)性能的管程歐拉方程式和殼程歐拉方程式；( 二 )測(cè)試被評(píng)熱交換器在以上流速條件下的傳熱性能，獲得在該測(cè)試條件下的總傳熱系數(shù)；(三)引入基準(zhǔn)熱交換器，確定其結(jié)構(gòu)、介質(zhì)物性、流動(dòng)與傳熱特性；(四)計(jì)算被評(píng)熱交換器在上述管程測(cè)試流速時(shí)候歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器在管程泵功消耗相同約束條件下的管程折算雷諾數(shù)；(五)計(jì)算被評(píng)熱交換器在上述殼程測(cè)試流速時(shí)候歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器在殼程泵功消耗相同約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)；(六)計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器管程在折算雷諾數(shù)下的對(duì)流傳熱系數(shù)，計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器管程在折算雷諾數(shù)下的對(duì)流傳熱系數(shù)；(七)計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)，并計(jì)算熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值。在上述第(一)步驟中，測(cè)試并回歸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的被評(píng)熱交換器管程歐拉方程式和殼程歐拉方程式分別為如f (Ref) = 5f. (Ref)FQ)·(Ref) = ^ -(Ref)0(2)式中^，F(xiàn)，及' G均為試驗(yàn)測(cè)試回歸系數(shù)，Ref是被評(píng)熱交換器在測(cè)試流速為
時(shí)的管程雷諾數(shù)，R<是被評(píng)熱交換器在流速為的殼程雷諾數(shù)。測(cè)試被評(píng)熱交換器的傳熱性能，獲得在該測(cè)試條件下的總傳熱系數(shù)w/m2 °C。所述基準(zhǔn)熱交換器的結(jié)構(gòu)、介質(zhì)物性、流動(dòng)與傳熱特性分別如下關(guān)于結(jié)構(gòu)特征傳熱元件為光滑圓管，傳熱管材質(zhì)和尺寸分別與被評(píng)熱交換器傳熱管相同=L^ df = <E ， dl = dldf =df Ae= A e(3)#分別是基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器管的長(zhǎng)度，<、<、d\ 2R分別是基準(zhǔn)熱交換器的當(dāng)量直徑、管外徑、管內(nèi)徑與管壁導(dǎo)熱系數(shù)。<、Ie分別是被評(píng)熱交換器管的當(dāng)量直徑、管外徑、管內(nèi)徑和導(dǎo)熱系數(shù)?；鶞?zhǔn)熱交換器殼程結(jié)構(gòu)特征是不設(shè)置折流板并有如下關(guān)系L^=Les <r = df(4)C、S分別是基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器殼程有效長(zhǎng)度，<、<分別是基
準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器管的當(dāng)量直徑；關(guān)于介質(zhì)物性管程介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，動(dòng)力粘度/Ar、定壓比熱容cpf分別與被評(píng)熱交換器管程的導(dǎo)熱系數(shù) <，動(dòng)力粘度、定壓比熱容cpf對(duì)應(yīng)相同即AR = Ae，"tR = Mt，cp^； = cpf(5)基準(zhǔn)熱交換器殼程介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù) <，動(dòng)力粘度、定壓比熱容與cpf與被評(píng)熱交換器殼程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù) <，動(dòng)力粘度Ae、定壓比熱容與對(duì)應(yīng)相同即Ar = Ae，"f = Mf，Cpf =卬f(6)被評(píng)熱交換器管、殼程介質(zhì)物性定性溫度由介質(zhì)進(jìn)出口溫度平均值確定；關(guān)于流動(dòng)與傳熱特性
基準(zhǔn)熱交換器管程流動(dòng)特性的歐拉方程i Ref )與傳熱特性方程Af(Ref).Euf (Ref ) = 2X0.0791 X(Zf /df ) (Ref )'025(7)Ref表示基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器存在前述約束條件下的管程雷諾數(shù)(Ref) = 0.023 芩 /< (Ref)。8 (PrtR)n(g)式中，當(dāng)被評(píng)熱交換器管程介質(zhì)被加熱時(shí)取n = 0. 4，被冷卻時(shí)取n = 0. 3 ;基準(zhǔn)熱交換器殼程流動(dòng)特性的歐拉方程辦f(Ref )與傳熱特性方程<(Ref).Euf ( Ref ) = 2 X 0.0791 ⑷ /df). (Ref )_。25( g )C = 0.023-Ar /<R-(Ref)08-(PrsR)n(1Q)·式中，Ref表示基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器存在前述約束條件下的殼程雷諾數(shù)；當(dāng)被評(píng)熱交換器殼程介質(zhì)被加熱時(shí)取n = 0. 4,被冷卻時(shí)取n = 0. 3。按(11)式計(jì)算被評(píng)熱交換器在管程流速為z/f時(shí)的雷諾數(shù)Ref，并將其代入(1)
式計(jì)算被評(píng)熱交換器在流速時(shí)的管程歐拉數(shù)&^(Ref);代入(7)式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)再按(12)式確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程泵功消耗約束條件下的管程折算雷諾數(shù)Ref，
B _df -uf -pfKet --Ti-
M (11)Ref =RefT乃
LAX)」(12)。由(13)式計(jì)算被評(píng)熱交換器殼程流速為 <時(shí)的雷諾數(shù)Ref，并將其代入(2)式計(jì)算被評(píng)熱交換器在上述流速時(shí)的殼程歐拉數(shù)及^f(Ref)Jf Ref代入(9)式計(jì)算計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)再按(14)式確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程泵功消耗相同約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)Ref，
Pce_ AE1^eS _ E
Ms ,(13)Ref=Ref{M(M)f
L^sR(^)J(14)將(12)式計(jì)算得的到折算管程雷諾數(shù)代入(8)式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器管程對(duì)流傳熱系數(shù) <，將(14)式計(jì)算得到得殼程折算雷諾數(shù)Ref代入(10)式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器殼程對(duì)流傳熱系數(shù)<。將計(jì)算得到的管、殼程對(duì)流傳熱系數(shù)代入下式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)Kk并計(jì)算熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值n
P=[丄丄"I(15)
UtR 4 ^dI <」n = Ke/KeX100%(16)。上述測(cè)量方法將管程泵功消耗、殼程泵功消耗、結(jié)構(gòu)與尺寸對(duì)強(qiáng)化傳熱性能影響的參數(shù)統(tǒng)一到一個(gè)平臺(tái)上，建立基準(zhǔn)熱交換器，引入“管程泵功消耗相同”與“殼程泵功消耗相同”的雙約束條件，評(píng)價(jià)參數(shù)是待測(cè)熱交換器與基準(zhǔn)熱交換器的總傳熱系數(shù)的比值，滿足了評(píng)價(jià)方法應(yīng)具有的可比較性、可溯源、可對(duì)比的要求。


圖I為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法的實(shí)施例的流程示意·
圖2a為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法的實(shí)施例的確定被評(píng)熱交換器的管程雷諾數(shù)的流程示意圖；圖2b為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法的實(shí)施例的確定被評(píng)熱交換器的管程歐拉方程的流程示意圖；圖2c為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)的流程示意圖；圖2d為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器在約束條件下的管程折算雷諾數(shù)的流程示意圖；圖3a為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定被評(píng)熱交換器的殼程雷諾數(shù)的流程示意圖；圖3b為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定被評(píng)熱交換器的殼程歐拉方程的流程示意圖；圖3c為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)的流程示意圖；圖3d為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器在約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)的流程示意圖；圖4a為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器管程對(duì)流傳熱系數(shù)的流程示意圖；圖4b本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器殼程對(duì)流傳熱系數(shù)的流程示意圖；圖5為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)及計(jì)算熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值的流程示意圖。圖6為其為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法的被評(píng)熱交換器殼程流速、熱交換器總傳熱系數(shù)、被評(píng)熱交換器與基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)的比值的折線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。實(shí)施例管殼式熱交換器傳熱元件為螺紋管，殼程布置有折流板，管材質(zhì)為10#碳鋼，管程介質(zhì)為水，殼程介質(zhì)為水，有效換熱面積為7. 76m2。本發(fā)明為一強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，請(qǐng)參閱圖I所示，其為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法的實(shí)施例的流程示意圖，共需要七個(gè)步驟，每個(gè)步驟具體如下第一步，al :測(cè)試被評(píng)熱交換器的流動(dòng)性能，回歸得到描述設(shè)備流動(dòng)性能的管程歐拉方程式和殼程歐拉方程式。第二步，a2:測(cè)試被評(píng)熱交換器在以上流速條件下的傳熱性能，獲得在該測(cè)試條件下的總傳熱系數(shù)。第三步，a3 :引入基準(zhǔn)熱交換器，確定其結(jié)構(gòu)、介質(zhì)物性、流動(dòng)與傳熱特性。第四步，a4:計(jì)算被評(píng)熱交換器在上述測(cè)試管程流速時(shí)候歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器與·被評(píng)熱交換器在管程泵功消耗相同約束條件下的管程折算雷諾數(shù)。第五步，a5 :計(jì)算被評(píng)熱交換器在上述殼程測(cè)試流速時(shí)候歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器在殼程泵功消耗相同約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)。第六步，a6 :計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器管程在折算雷諾數(shù)下的對(duì)流傳熱系數(shù)。第七步，a7 :計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)，并計(jì)算熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值?，F(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)各步驟進(jìn)行具體說明。第一步al :測(cè)試被評(píng)熱交換器的流動(dòng)性能，回歸得到描述設(shè)備流動(dòng)性能的管程歐拉方程式和殼程歐拉方程式。采用下述公式計(jì)算得到描述設(shè)備流動(dòng)性能的管程歐拉方程式和殼程歐拉方程式，被評(píng)熱交換器的管程流速為 <，殼程流速WsE時(shí)，回歸得到描述設(shè)備流動(dòng)性能的管程歐拉方程式及/f(Ref)和殼程歐拉方程式￡Mf(Ref):五wtE(Ref)= 5f. (Ref)F =53 X (21563.45)-°°966( 1 )仙f(Ref) = 5f.( Ref )G= 433 x (8964.77)-°2967( 2 )Ref是被評(píng)熱交換器在流速為〃f=&8m/s時(shí)的管程雷諾數(shù)，Ref是被評(píng)熱交換器
在流速為< =&2!!1/3時(shí)的殼程雷諾數(shù)，其將在第四步驟中確定，并由第四步驟回歸計(jì)算得到所述描述設(shè)備流動(dòng)性能的管程歐拉方程式和殼程歐拉方程式。第二步測(cè)試被評(píng)熱交換器在以上流速條件的傳熱性能，獲得總傳熱系數(shù)Ke =1604. 9w/m2 °C。第三步a3 :引入基準(zhǔn)熱交換器，確定其結(jié)構(gòu)、介質(zhì)物性、流動(dòng)與傳熱特性。關(guān)于結(jié)構(gòu)特征傳熱元件為光滑圓管，傳熱管材質(zhì)和尺寸分別與被評(píng)熱交換器傳熱管相同Zf = Zf = 1430 腿，=19 _df = df = 15 Jlim Ae= Ae = 45w/m °C(3)片、4分別是基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器管的長(zhǎng)度。<、<、d\2R分別是基準(zhǔn)熱交換器的當(dāng)量直徑、管外徑、管內(nèi)徑與管壁導(dǎo)熱系數(shù)。((4、Ie分別是被評(píng)熱交換器管的當(dāng)量直徑、管外徑、管內(nèi)徑和導(dǎo)熱系數(shù)。基準(zhǔn)熱交換器殼程結(jié)構(gòu)特征是不設(shè)置折流板并有如下關(guān)系Zf =If =1370 麵，<=<=33.4 臟砧、6分別是基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器殼程有效長(zhǎng)度，<、<分別是基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器管的當(dāng)量直徑。關(guān)于介質(zhì)物性基準(zhǔn)熱交換器管程介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù) <，動(dòng)力粘度 <、定壓比熱容與cAR分別與被評(píng)熱交換器管程的導(dǎo)熱系數(shù) <，動(dòng)力粘度、定壓比熱容對(duì)應(yīng)相
同即
·
<=0.6427 w/m.°C, Mr=5.54x10-4 pa .g cpf =4181.1 j/kg<>C(5)基準(zhǔn)熱交換器殼程介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，動(dòng)力粘度//f與被評(píng)熱交換器殼程介質(zhì)
導(dǎo)熱系數(shù) <，動(dòng)力粘度、定壓比熱容與cpf對(duì)應(yīng)相同即
<=0.6222 w/m. C，"sR=7.31xlO-4pa s，cpf =4179.3 j/kg°C (6)被評(píng)熱交換器管、殼程介質(zhì)物性定性溫度由介質(zhì)進(jìn)出口溫度平均值確定。關(guān)于流動(dòng)與傳熱特性描述基準(zhǔn)熱交換器管程流動(dòng)特性的歐拉方程^f(Ref)與傳熱特性方程< (Ref)分別為
Eu^(Ref ) = 2x0.0791x(Zf /df ).(Ref )~0'25( 7 )
hf (Ref ) = 0.023 ■ AtR / JtR . (Ref )。8 (PrtR)n(幻式中，Ref表示基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器存在前述約束條件下的管程雷諾數(shù)；當(dāng)被評(píng)熱交換器管程介質(zhì)被加熱時(shí)取n = 0. 4，被冷卻時(shí)取n = 0. 3 ;基準(zhǔn)熱交換器殼程流動(dòng)特性的歐拉方程EwMRef )與傳熱特性方程C(Ref).
Eu^ (Re;) = 2 X 0.0791. (L, /df) (Ref )_。25( 9 )
K = 0-023 /< (Ref )°8.(PrsR)n(10)式中，Ref表示基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器存在前述約束條件下的殼程雷諾數(shù)；當(dāng)被評(píng)熱交換器殼程介質(zhì)被加熱時(shí)取n = 0. 4,被冷卻時(shí)取n = 0. 3。第四步a4 :計(jì)算被評(píng)熱交換器在上述測(cè)試管程流速時(shí)的歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器在管程泵功消耗相同約束條件下的管程折算雷諾數(shù)。
請(qǐng)參閱圖2a所示，本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法的實(shí)施例的確定被評(píng)熱交換器的管程雷諾數(shù)的流程示意圖，具體流程為a411 :確定被評(píng)熱交換器的當(dāng)量直徑，a412 :確定被評(píng)熱交換器管程介質(zhì)的動(dòng)力粘度，a413 :確定被評(píng)熱交換器的管程流速，a414 :確定基準(zhǔn)熱交換器管程介質(zhì)的密度,之后進(jìn)行a415 :確定被評(píng)熱交換器的管程雷諾數(shù)。結(jié)合上述步驟，按(11)式計(jì)算被評(píng)熱交換器在管程流速為時(shí)的雷諾數(shù)Ref:
Ref = d% 'Ut'Pt = 21563.45
^ (11)。將上述所得雷諾數(shù)Ref代入(I)式計(jì)算Ewf(Ref)，請(qǐng)參閱圖2b所示，其為本發(fā)·
明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法的實(shí)施例的確定被評(píng)熱交換器的管程歐拉方程的流程示意圖，具體流程為all :確定被評(píng)熱交換器的管程流速，al2 :確定實(shí)驗(yàn)回歸系數(shù)，結(jié)合上述a415 :確定被評(píng)熱交換器的管程雷諾數(shù)，之后進(jìn)行al4 :確定被評(píng)熱交換器的管程歐拉方程。將上述所得雷諾數(shù)Ref代入(7)式計(jì)算E<(RetE)，請(qǐng)參閱圖2c所示，其為本發(fā)
明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)的流程示意圖，具體流程為a311 :確定基準(zhǔn)熱交換器的長(zhǎng)度，a312 :確定基準(zhǔn)熱交換器的當(dāng)量直徑，結(jié)合上述a415 :確定被評(píng)熱交換器的管程雷諾數(shù)，之后進(jìn)行a314 :確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)。結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果，再按(12)式確定基準(zhǔn)熱交換器在約束條件下的管程雷諾數(shù)
Ref >青參閱圖2d所示，其為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的
確定基準(zhǔn)熱交換器在約束條件下的管程折算雷諾數(shù)的流程示意圖，具體流程為al4 :確定被評(píng)熱交換器的管程歐拉方程，a415 :確定被評(píng)熱交換器的管程雷諾數(shù)，a314 :確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)，之后進(jìn)行a416 :確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程泵功消耗約束條件下的管程折算雷諾數(shù)，計(jì)算結(jié)果為
Ref= 21563.45x=106047.2
L^f(Ref)JU.24」(12)第五步a5 :計(jì)算被評(píng)熱交換器在上述殼程測(cè)試流速時(shí)的歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器在殼程泵功消耗相同約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)。請(qǐng)參閱圖3a所示，本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法的實(shí)施例的確定被評(píng)熱交換器的殼程雷諾數(shù)的流程示意圖，具體流程為a511 :確定被評(píng)熱交換器管的當(dāng)量直徑，a512 :確定被評(píng)熱交換器殼程介質(zhì)的動(dòng)力粘度，a513 :確定被評(píng)熱交換器的殼程流速，a514 :確定基準(zhǔn)熱交換器殼程介質(zhì)的密度,之后進(jìn)行a515 :計(jì)算被評(píng)熱交換器的殼程雷諾數(shù)。
結(jié)合上述步驟，按(13)式計(jì)算被評(píng)熱交換器殼程流速為 <時(shí)的雷諾數(shù)Ref :
Ref = ds -\Ps = 8964.77
^(13)將上述所得雷諾數(shù)Ref代入(2)式計(jì)算Ewf(Ref)，請(qǐng)參閱圖3b所示，其為本發(fā)
明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法的實(shí)施例的確定被評(píng)熱交換器的管程歐拉方程的流程示意圖，具體流程為al5 :確定被評(píng)熱交換管的殼程流速，al6 :確定實(shí)驗(yàn)回歸系數(shù)，結(jié)合a515 :確定被評(píng)熱交換器的殼程雷諾數(shù),之后進(jìn)行al8 :確定被評(píng)熱交換器的殼程歐拉方程?！⑸鲜鏊美字Z數(shù)Ref代入(9)式計(jì)算&^(ResE)，請(qǐng)參閱圖3c所示，其為本發(fā)
明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)的流程示意圖，具體流程為a331 :確定基準(zhǔn)熱交換器的殼程有效長(zhǎng)度，a332 :確定基準(zhǔn)熱交換器管的當(dāng)量直徑，結(jié)合a515 :確定被評(píng)熱交換器的殼程雷諾數(shù)，之后進(jìn)行a334 :確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)。再按(14)確定基準(zhǔn)熱交換器在約束條件下的管程雷諾數(shù)RetR，請(qǐng)參閱圖3d所示，
其為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器在約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)的流程示意圖，具體流程為al8 :確定被評(píng)熱交換器的殼程歐拉方程式，a515 :確定被評(píng)熱交換器的殼程雷諾數(shù)，a334 :確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)，a516 :確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程泵功
消耗約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)，計(jì)算結(jié)果為
Ref ^6HSS]1'75 ^964.77x[^=77539.7(⑷第六步a6 :計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器管程和殼程在折算雷諾數(shù)下的對(duì)流傳熱系數(shù)。將(12)式計(jì)算得雷諾數(shù)Ref代入(8)式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器管程對(duì)流傳熱系數(shù)，請(qǐng)參閱圖4a所示，其為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器管程對(duì)流傳熱系數(shù)的流程示意圖，具體流程為a321 :確定基準(zhǔn)熱交換器的管壁導(dǎo)熱系數(shù)，a312 :確定基準(zhǔn)熱交換器的當(dāng)量直徑，a323 :確定基準(zhǔn)熱交換器管程介質(zhì)的普朗特?cái)?shù)，a416 :確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程泵功消耗約束條件下的管程折算雷諾數(shù)，之后進(jìn)行a325 :確定基準(zhǔn)熱交換器管程對(duì)流傳熱系數(shù)，其計(jì)算結(jié)果為
矽(Ref ) = 15169.7 w/m2 。。。 將(14)式計(jì)算得雷諾數(shù)代入(10)式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，請(qǐng)參閱圖4b所示，其為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的確定基準(zhǔn)熱交換器殼程對(duì)流傳熱系數(shù)的流程示意圖，具體流程為a341 :確定基準(zhǔn)熱交換器的殼程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)，a342 :確定基準(zhǔn)熱交換器管的當(dāng)量直徑，a344 :確定基準(zhǔn)熱交換器殼程介質(zhì)的普朗特?cái)?shù)，a516 :確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程泵功消耗約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)，計(jì)算結(jié)果為
<=6604.6 w/m2 。。。第七步a7 :計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)，并計(jì)算熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值，請(qǐng)參閱圖5所示，其為本發(fā)明強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法實(shí)施例的計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)及計(jì)算熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值的流程示意圖，其具體流程為a711 :確定基準(zhǔn)熱交換器的管外徑，a713 :確定基準(zhǔn)熱交換器的傳熱管平均直徑，a712 :確定基準(zhǔn)熱交換器換熱管管壁厚度，a345 :確定基準(zhǔn)熱交換器殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，a325 :確定基準(zhǔn)熱交換器管程對(duì)流傳熱系數(shù)，a716 :確定基準(zhǔn)熱交換器的管內(nèi)徑，a717 確定基準(zhǔn)熱交換器管程介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，上述小步驟結(jié)合進(jìn)行a718 :計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)?！て渲校龌鶞?zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)Kk計(jì)算式為
Kr=\~~+=1435.7 w/m2 . °C(15)；
[15169.715 45 17 6604.6 J得到所述基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)Kk后，結(jié)合a719 :計(jì)算被評(píng)熱交換器總傳熱系數(shù)，進(jìn)行a71 :計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值。所述熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值n計(jì)算式為n = Ke/Ke = 1604. 9/1435. 7 = I. 12(16)。此即為本評(píng)價(jià)管殼式熱交換器強(qiáng)化傳熱性能的方法的最終結(jié)果。請(qǐng)參閱表1，其為本發(fā)明螺紋管流動(dòng)與傳熱性能測(cè)試數(shù)據(jù)表，實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)量參數(shù)為管程流速、殼程流速、熱側(cè)進(jìn)口溫度、熱側(cè)出口溫度、冷側(cè)進(jìn)口溫度和熱側(cè)出口溫度，測(cè)試時(shí)，保持管程流速不變，殼程流速先增大在減小，經(jīng)歷一個(gè)周期，其它溫度參數(shù)相應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，所得總傳熱系數(shù)為表中所示。表I螺紋管流動(dòng)與傳熱性能測(cè)試數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (一)測(cè)試被評(píng)熱交換器的流動(dòng)性能，回歸得到描述設(shè)備流動(dòng)性能的管程歐拉方程式和殼程歐拉方程式； (二)測(cè)試被評(píng)熱交換器在以上流速條件下的傳熱性能，獲得在該測(cè)試條件下的總傳熱系數(shù)； (三)引入基準(zhǔn)熱交換器，確定其結(jié)構(gòu)、介質(zhì)物性、流動(dòng)與傳熱特性； (四)計(jì)算被評(píng)熱交換器管程在上述測(cè)試流速時(shí)的歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器在管程泵功消耗相同約束條件下的管程折算雷諾數(shù)； (五)計(jì)算被評(píng)熱交換器殼程在上述測(cè)試流速時(shí)的歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)；計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器在殼程泵功消耗相同約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)； (六)計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器管程和殼程在折算雷諾數(shù)下的對(duì)流傳熱系數(shù)。
(七)計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)，并計(jì)算熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值。
2.如權(quán)利要求I所述的強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在于 在上述第(一)步驟中，采用下述公式計(jì)算得到描述設(shè)備流動(dòng)性能的管程歐拉方程式和殼程歐拉方程式 五 Mf(Ref) = 5f.(Ref)F⑴ 式中貧，F(xiàn)，貧，G是試驗(yàn)測(cè)試回歸系數(shù)，Ref是被評(píng)熱交換器在流速為時(shí)的管程雷諾數(shù)，Ref是被評(píng)熱交換器在流速為 < 的殼程雷諾數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在于 測(cè)試被評(píng)熱交換器在以上流速條件的傳熱性能，獲得在該測(cè)試條件下的總傳熱系數(shù)w/m2 。。。
4.如權(quán)利要求3所述的強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在于弓丨入了基準(zhǔn)熱交換器，其結(jié)構(gòu)、介質(zhì)物性、流動(dòng)與傳熱特性分別如下 關(guān)于結(jié)構(gòu)特征 傳熱兀件為光滑圓管，傳熱管材質(zhì)和尺寸分別與被評(píng)熱交換器傳熱管相同 片= zf，<=< ，K =df Xr = Xe(3) 片、#分別是基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器管的長(zhǎng)度，<、分別是基準(zhǔn)熱交換器的當(dāng)量直徑、管外徑、管內(nèi)徑與管壁導(dǎo)熱系數(shù)。4、<、( Ae分別是被評(píng)熱交換器管的當(dāng)量直徑、管外徑、管內(nèi)徑和導(dǎo)熱系數(shù)。基準(zhǔn)熱交換器殼程結(jié)構(gòu)特征是不設(shè)置折流板并有如下關(guān)系 d卜 d:(4) C、C分別是基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器殼程有效長(zhǎng)度，<、<分別是基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器管的當(dāng)量直徑； 關(guān)于介質(zhì)物性 管程介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)<，動(dòng)力粘度/^、定壓比熱容與別與被評(píng)熱交換器管程的導(dǎo)熱系數(shù) <，動(dòng)力粘度Me、定壓比熱容對(duì)應(yīng)相同即
5.如權(quán)利要求4所述的強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在于 按(11)式計(jì)算被評(píng)熱交換器在管程測(cè)試流速為<時(shí)的雷諾數(shù)Ref，并將其代入(I)式計(jì)算被評(píng)熱交換器在流速時(shí)的管程歐拉數(shù)￡wf(Ref);將Ref代入(7)式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程流速相同時(shí)的管程歐拉數(shù)￡wf(Ref).再按(12)式確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器管程泵功消耗約束條件下的管程折算雷諾數(shù)1^!1，
6.如權(quán)利要求5所述的強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在于 由(13)式計(jì)算被評(píng)熱交換器殼程測(cè)試流速為<時(shí)的雷諾數(shù)Ref，并將其代入(2)式計(jì)算被評(píng)熱交換器在上述流速時(shí)的殼程歐拉數(shù)五<(Ref)，將Ref代入(9)式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程流速相同時(shí)的殼程歐拉數(shù)，再按(14)式確定基準(zhǔn)熱交換器在與被評(píng)熱交換器殼程泵功消耗相同約束條件下的殼程折算雷諾數(shù)Ref，
7.如權(quán)利要求6所述的強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在于 將(12)式計(jì)算得到的折算管程雷諾數(shù)Ref代入(8)式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器管程對(duì)流傳熱系數(shù)<，將(14)式計(jì)算得到得殼程折算雷諾數(shù)ResR代入(10)式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器殼程對(duì)流傳熱系數(shù)<。
8.如權(quán)利要求7所述的強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在于 將(8)式計(jì)算得到的管程對(duì)流傳熱系數(shù)<，將(10)式計(jì)算得到得殼程折算雷諾數(shù)Ref代入下式計(jì)算基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)Kk并計(jì)算熱交換器強(qiáng)化傳熱性能評(píng)價(jià)參數(shù)值n，由該值大小確定熱交換器節(jié)能量的多少。
全文摘要
一種強(qiáng)化傳熱管殼式熱交換器節(jié)能量的測(cè)量方法，其特征在該方法的評(píng)價(jià)參數(shù)是被評(píng)熱交換器的總傳熱系數(shù)與基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)的比值，建立了熱交換器評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)，物性基準(zhǔn)，流動(dòng)與傳熱性能基準(zhǔn)，引入基準(zhǔn)熱交換器與被評(píng)熱交換器管殼程流量相同以及泵功消耗分別相同的約束條件；基于評(píng)價(jià)基準(zhǔn)與約束條件得到基準(zhǔn)熱交換器的管程雷諾數(shù)、殼程雷諾數(shù)計(jì)算得到基準(zhǔn)熱交換器總傳熱系數(shù)值。計(jì)算得到的被評(píng)價(jià)熱交換器的評(píng)價(jià)參數(shù)值隨流速變化相對(duì)較小，說明該參數(shù)反映了設(shè)備傳熱性能的固有屬性。
文檔編號(hào)G01N25/20GK102788813SQ20121028314
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者周文學(xué), 唐海, 景麗, 王紀(jì)兵, 管堅(jiān) 申請(qǐng)人:蘭州冠宇傳熱與節(jié)能工程技術(shù)研究有限公司, 機(jī)械工業(yè)蘭州石油鉆采煉油化工設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)所有限公司, 甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司