浅谈管壳式换热器强化传热

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1、浅谈管壳式换热器强化传热热能1303梁略夭20132586随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同吋，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护坏境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原了能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以來受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。管壳式换热器又称谓列筲式换热器，是以封闭在壳体中筲束的壁血作为传热面的间壁式换热器，结构一般由管箱、壳体、管束、管板、折流板等部件组成。目前，国内外工业生产中

2、所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面，不如其他新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠程度高，选材范圉广，处理能力大，能承受高温高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。管壳式热器固然冇共优点，并为产业节能方面做出了巨大的贡献，但在新的节能减排形势下，其缺点（圧降大、流动死区、易结垢、震动、传热效果差）严重的限制了其发展和生存的空间，为了节能降耗，提高换热器的传热效率，需要研发能够满足多种工业生产过程要求的高效节能换热器。因此，近年來，高效节能换热器的研发一直受到

3、人们的普遍关注，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。目前传统强化换热的方法大体上可以分为三类，管程强化传热，壳程强化传热，整体强化传热。管程强化换热主要冇两种方式，一是改变筲子形状或者提高换热血积，如：螺旋槽管、旋流管、波纹管、缩放管、螺纹管等；二是增强管内的湍流程度，例如，管内设置各种形状的插入物。其中，改变换热管设计的方式，如改变换热管形状，或加大管程流体的湍流程度、传热而积，貝体的设计对象包括波纹管、伸缩管、翅片管等。而另一种类型包括管内插物的设计，及通过管内绕丝花环、纽带等，实现管程的湍流程度；相比较來说，在管内插物的形式执

4、行简单、效果较好、投资较少，是目前丄要应用的管程强化传热形式。下而详细介绍一下主要管程强化传热的换热器特点。（1）螺旋槽管是通过专用轧管设备将圆管在其表面滚压岀螺旋线形的凹槽，管了内部形成螺旋线形凸起，如图1所示，管内介质流动时受螺旋线型槽纹的导向使靠近管壁的部分介质沿槽纹方向螺旋流动，这就使得边界层的厚度较大程度的减薄，提高换热的效果；部分介质沿着壁面纵向运动，经过槽纹凸起处产生纵向漩涡，促使边界层分层，加速边界层中介质质点的运动，进而加快了管壁处介质与主体介质的热量传递。图1螺旋槽管Fig.lSpirallycorrugatedt

5、ube（2）波纹管是将管子加工成内外均呈连续波纹曲线的-•种强化管，如图2所示，使管子的纵向截而呈波形，由相切的大小圆弧构成，管内流体的流动状态不断变化，使流体的湍流程度增加从而强化传热。主要适用于管内外介质有加热、冷却热交换的场合，特点为传热效率高，这一特点是依靠独特的传热元件—波纹管来实现的。波纹管特殊的波峰与波谷设计，使流体在关内外形成强烈扰动，大大提高了换热管的传热系数，其传热系数比传统管式换热器高2飞倍。波纹管在工作过程屮，一方面管内外介质始终处于高度湍流状态，另一方團内外介质产生温度差，使得波纹管会产生微量的轴向伸缩变形，

6、管内外的1山率会随之频繁变化，山于污垢与污垢之间会产生拉脱力，所以使水垢破裂而自动脱落，从而不会产生污垢。（3）这种强化传热方法是基于管内插入物能使介质产生涡旋运动，如图3所示，从而增强流体的径向混合，有助于介质速度和温度均匀分布，以增强传热，内插物管尤其对低雷诺数、高黏度流体的传热更为有效。插入物的种类很多，如螺旋线、扭带、螺旋片等，实验表明，在层流换热时，管内插入扭带后，对流传热系数可增大2飞倍根据间壁传热原理分析，传热效果相对较低一侧在人程度上影响着换热设备的换热效率，而这一侧通常位于壳程，于是研究开发出了折流杆式、螺旋折流板式

7、、曲面弓形折流板等换热器。就目前来说，螺旋折流板技术应用较为广泛，且取得了较好的成果。螺旋折流板在构造上利用四分之-椭圆扇形平板进行首尾相连，从而实现一个直角边垂直于轴线、圆心位于轴线上的突出结构。在总体构造上呈现出螺旋形，促使液体进入Z后也以螺旋形方式流动，可以很好的减少壳程压力损失。壳程强化换热的换热器如下（1）折流杆换热器主要是将壳程的折流板改用折流杆来固定管束，每根换热管Itl四根杆条从上下左右四个方向固定，使管子在流体的作用下不易产生振动。图4折流杆换热需Fig.4Rodbaffleheatexchanger（2）螺旋折流板

8、换热器釆用若干块1〃壳程截而的扇形板组装成螺旋状折流板，如图5所示，使壳程介质呈螺旋状流动，其介质流动的返混较少，儿乎不存在死区，同时在离心力的作用下介质与换热管接触后会脱离管壁而产生尾流，使边界层分离充分，改善了传热效