关于管壳式换热器传热性能的调研

对管壳式换热器传热性能的调查研究摘要管壳式换热器是工业生产中广泛使用的一种换能设备，那么如何强化换热器的传热效果对于节能有着重要的科学意义。本文着重介绍了管壳式换热器壳层强化传热途径以及增强换热性能的方法。关键词：传热；强化传热；节能；换热器ABSTRACTShellandtubeheatexchangerisabroadusedasakindofenergyexchangefacilityinindustry,Sohowtoenhancetheheattransfereffectofheatexchangerhasamostimportantscientificsignificanceforenergysaving.Thisarticlemainlyintroduceswaysofenhancingtheshellheattransferofshellandtubeheatexchangerandthemethodofenhancingtheperformanceofheattransfer.Keywords:heattransfer;enhancingheattransfer;energysaving;heatexchanger一、引言当今世界能源问题日益突出，节能己经成为解决当代能源问题的一个公认的重要途径。上世纪70年代的世界性的经济危机实际上就是能源危机，极大地影响了西方大力依靠石油等能源的发达国家的政治、经济等社会活动。我国的能源资源虽然比较丰富，但也面临着人均能源资源量低、能源资源分布不均匀、能源利用效率低、能源工业装备落后以及环境污染严重等问题。例如，我国的能源终端利用效率仅为33％，比发达国家低10个百分点；单位产品能耗比发达国家高30％～80％，加权平均高约40％；单位国民生产总值能耗是日本的6倍，美国的3倍，韩国的4.5倍[1]。我国能源利用率有待提高，节能潜力巨大。换热器是化工、石油、能源、动力、冶金等工业部门中应用相当广泛的能量交换设备，不仅保证工程设备的正常运转，而且在动力消耗和投资方面在整个工程中占有重要份额。据统计表明，在化学工业中，所用换热器的投资大约占设备总投资的30％左右；在炼油厂中，换热器占全部工艺设备的40％左右；在热电厂中，换热器的投资约占整个电厂总投资的70％左右；海水淡化工艺装置则几乎全部由换热器组成[2]。提高换热器的传热效率，对于提高能量利用率、节能降耗是一种很有效的途径。由于换热器被广泛应用于各行各业，其分类方法也有多种。如：按用途可分为加热器、冷却器、蒸发器；按材质可分为金属的、塑料的、陶瓷的等种类；按照温度状况来分，则可分为温度工况不随时间而变的稳态换热器，以及温度工况随时间而变的非稳态换热器；按冷、热流体流动方向可分为顺流式、逆流式和混流式；按工作原理可分为间壁式、混合式和蓄热式三种，这种分类方法是比较常见的一种方法。管壳式换热器属于间壁式换热器的一种。在各类换热器中，管壳式换热器具有制造方便、成本低廉、换热效率高等优势，而且对其研究也有了很大的发展，所以目前仍是各种能耗工业中应用最普遍的一种。如石油、化工行业中管壳式换热器在各类换热器中所占比例高达70％。因此，研究管壳式换热器的强化传热问题对于提高换热器的传热效率和节能降耗具有重要意义。宝二去、倡管壳晒式换街热器住研究黑发展能状粥况俯近几壶十年掏来，枣国内漂外对范管壳询式换厨热器冷管程潮、壳泰程的烧传热兽和流帆动阻召力性浅能都夺作了防大量梨的研市究工删作。潮强化肯传热紫的措喊施可飞分为醉两种爷：主慕动强番化（靠有源虫强化夸）和郑被动狠强化乓（无哲源强旅化）魔。主筑动强盾化需婆要利馆用外握功，历被动目强化慕则不木需要私外功耕。常墙见的圈主动其强化祸方法觉有：在机械康方法作、表霜面振熄动、曲流体蜘振动洽、电丸磁场淋、引烈射、猜虹吸烫。主多动强季化技潮术至凶今尚撇未发仅现其塘商筛业价市值，另因强勾化设椅备投题资与冬操作乎费用荐大，渴机理匙复杂率，并概伴随巴有振探动和逆噪声客[黄3碧]搞。目鸣前换给热器渣的强蓄化传申热技槐术，雹一般扫都属叔于被义动强渐化。岗管壳动式换筒热器灶的强卫化传性热研栏究可虏分为栽两大弊发展画方向怪：管烟程强过化和蛮壳程牌强化茧。近松半个音世纪祖以来绪，国哭内外百对蚂管程估强化洗传热将的研渴究取成得了极较大女的成纽果，亭目前袄已有择的管制程强属化换旧热技厅术不逮下百公余种挖，相剃比之骂下，而壳程斩强化搂传热写技术药的研目究还候不够悼深入亚，直宪到翼20获贴世纪悦70岩斤年代众，壳胆程强蛙化传鸟热技单术才冒逐步绵开始刷受到两重视忘，并塑且在左几十叹年的烧研究失中取惯得了并不错倡的进邪展。戚管程出强化姥的目当的是击提高变换热邮管一皱侧的外传热盯效率涝，主赞要方补法有未：如还采用桶新型麦结构掘的换欠热管墨、采悠用矿管内潮插入碍物等紧。就替换热诉管而驻言，嗓近年环来出字现了蜡螺旋定槽纹刑管、元横槽差纹管沃、内董翅片峡管、害单面茄纵槽年管绘、低叫螺纹前翅片燃管、佳薄壁热波纹茅管、辫表面矛多孔衔管等卸多种足形式传的强假化换高热管窝；管蜻内插屋入物火主要荷包括惑纽带悔、错招开纽齐带、蝶静态袖混合凉器、捉螺旋掠片、抱径向泥混合恢器、驰金属暗螺旋击线圈唉等结啄构。姿无论青是新叔型的门换热扇管还醒是管亭内插闪入物侧，其棚强化诸换热匆的机融理都兰是破意坏层阴流边恼界层犬，增航加流勒体的求湍流鬼度，接以提僚高管转内流浴体的仙传热来系数夏，从倍而提谱高换肿热器减的整筒体传艺热效垫率。奉目前凶，壳柜程强禽化传序热的疏途径匠主要旨有两撞种，寸一是后改变凉管子耳外形围或在宿管外捐加翅但片，到即貌3殿通过的管子移形状楼或表核面性株状的启改造兔来强批化传粗热，装以提躺高换捆热器妥的效棵率，鄙如螺防纹管罩、表地面多糠孔管烈等；基另一棉种方枪法是根改变沫壳程迁挡板咳或管朴束支域撑物畜的形摊式，纹以减故少或袭消除粱壳程污流动围与传攻热的撤滞留龟死区垮，使腔传热蝴面积灿得到辱充分盐利用遇。除特了较侧早的经单弓抓形折台流板宴外，采近年贼来主应要出溪现了永以下喉几种浊管束班支撑粪物形牛式。巨2.转1锡板式细支撑式结构壮如多寻弓形周折流析板、则整圆股形隔哑板、铸异形威孔板培、网晃状板尤等。踪这些唐新型闭板式虎支撑款结构垃的共冷同特轰点是节尽可熄能地胆变单弟弓形谈折流芳板形亏成的公横向冒流动估为平券行于集管子吹的纵绪向流亡动，客消除帅壳程顽流体嗓流动稻和传泪热死拿区，涌降低爹壳程垫阻力忍，使感壳程唐传热诸综合森性能油α射/Δ盘p储得到盐提高宅[旋4皆]慎。座2.脊1.疲1借双弓纯形折帆流板坑和多福弓形捞折流鹅板垦传统厅的折午流板悠管壳混式换骆热器促都采醉用单故弓形乔折流反板支室撑，席壳程们流体嘱容易乘产生谣流动精死区驴，双贵弓形嗓折流葱板换方热器惜在壳借程将搬流体婆分成王两股潜平行驴流，惹横向遗流动冈的长绪度（常即横屈流经评过的棍列管忘数）叠大概惹是具奏有相吓同缺桥口的继单弓携形折疼流板池的一膝半。旱由于握压降聚与速猫度的叛平方垫、流吼经长带度或英横流俊经过太的览列管系数成肥比例眠，因粗此，船采用府相同迎折流亩板间赚距和摸相同倾缺口编的双仅弓形才折流垃板换牙热器待，其申压降扛要比锯单弓抓形折诉流板畅减小誓很多度。虽阀然同细时传贝热系糕数也转会有吊所降炒低，厌但是樱由于朝传热绩系数冲与速丘度的颈0.赠6帝～炉0.你8监次方接成正细比，财传热踪系数骂降低村的程跑度要思比压殿降降延低的肃程度户小得吗多。联在折善流板咬间侍距和喇折流排板缺污口相巷同的附情况辛下，诉双弓稻形折销流板身的压陆降只绕有单五弓形仅折流疼板贤3叙0职％～轰50口％，帽而传港热系案数则派是单虑弓形距折流怕板的困60粗％～蚕80城％，狗所以抽，双干弓形泰折流斤板的笔综合汇换热侨性能葡优于伸单弓绩形折奉流板数。三茄弓形占折流秧板类捐似于谅双弓喇形折笨流板赤，在坑换热赌器壳例程将岸流体彩分成喘三股姥或多捧股平办行流盈[停5动]件。犹2.威1.达2馒螺旋矩折流教板私螺旋哨折流将板换壮热器躁的提绕出基精于这给样一旺种思葡想：净通过颜改变阴壳程底折流失板的舰布置发,际使壳摸程流浙体呈之连续枕的螺采旋状跑流动命。其霞优点那有：杆提高厅壳程崇的传煌热系尼数、州相同帝质量己流量蓝下具倍有较谎小的秋压差地、减租少旁耍路漏堆流、慢减少妻壳程较结垢尿、抑贺制流图体诱洪导振膀动否[椅6项]缩。昏理想瘦的折寺流板路布置峰应该帆为连缠续半的螺晓旋曲荣面。饭但是偶，螺遣旋曲亩面加眼工困最难，跃而且贱换热睛管与羽折流图板的傍装配阔也较俗难实杰现。至考虑命到加姿工上授的方急便，拆采用处一系赶列的家扇形火平面之板（旁称之辉为螺挨旋折异流板沸）替吼代曲梁面相拾间连样接，淘在壳骄程形努成近奶似螺申旋面贝，使兽壳程投流体岸产生香近似拴连续撤螺旋琴状流谅动。羊一般欧来说押，出具于加顷工方煌面的献考虑耍，一封个螺桥距取集2跨～淹4苍块折白流板耗，相蓝邻折你流惹板之皂间有山连续势搭接脱和交富错搭升接两蒙种方坟式，稻按流贝道又冬可分病为单焰螺旋疯和双洋螺旋销两种沟结构器。螺司旋折勺流板坑换热缘器强窑化传愁热是中因为醉：一寺方面煎流体篇在壳衣程的剂螺旋破流动电更加朝接近间于柱驰塞状糟流动恋，提评高了耐传热明温差动；另铜一方孝面，抵螺旋倘流动插使壳壤程流离体存讲在半狂径方稿向的带速度奔梯度勇并破诱坏了批边界玩层，岸从匠而强律化了抢传热画[弱7钉]隶。府2.施1.诞3扣整圆悲形隔湖板始为了舒尽可廉能地钟改变吧弓形滨折流赖板换众热器矛中的咱横向贩流动捐为平害行于存管束档的纵热向流弯动，荒消除临滞留哈死区筒，提肝高流礼体在谁壳程夫的流泄速，截出现岭了整吴圆形牙隔板桨。最恢初的垃整圆刷形隔导板上巷不开满缺口五，板损上钻景有大虏圆孔信，既停让管晚子穿趟过，稠又有萍足够凝的间筋隙让铅流体费通过译。管察内外风流体秩总体舰呈纵狂向流辉动，急传热猴温差盛推动抓力大剥，并慌且由宇于孔纹板与查管壁肾构成召的圆净环形汗间隙巧通道惧对流泥体可测产生姓射流新作用彼，使咸流体染离开杜孔口秤很快晋形成摘湍流零，射腊流同缘时对森周围联的流纳体产登生卷央吸作仔用，抱可使戒流体签在低膜Re笑叨数下油达到询局部锻湍流础。骗整圆价形大兰孔隔辽板增粗加了印换热芳器的扩直径候，而众且对农管子爽缺乏盾支撑涨，管岁束的蹈抗振姻能力设很差巩；为计改进屈其不披足，酬出现夸了带澡小孔张的整博圆形写隔板健，其挥在管堂孔之昌间开时有小尖孔，腐传热贝介质侍由小抛孔通威过，砖但是喇隔板纹和管矮孔之该间的户间隙载很容框易结受垢，坚引起乞腐蚀衣；为歌了弥狐补这状一缺慌陷，椒又出阳现了哑矩形苹孔、戏梅花柔孔等艺异形帮孔整盾圆形辱隔板吵，这邻种异叨形孔什整圆狐形隔爆板既庸能有民效支蚀撑管直束，佣又能出让传幻热介氧质通纽过隔待板，坡当介压质引流过橡管孔穷时，峰能产狡生射芦流，餐对管限子有知自清题洁作埋用，篮从而过避免捐了管瓣子结哈垢和袜腐蚀锯，但叹其缺崖点在例于加正工制压造困抚难；壤继而确又出扑现了随网状徒整圆窝形隔汪板，握它的洽特点竹是以个相邻侮的石4蔽个管肉孔为旨一组惨，将绿管孔双间的碎连接者处铣狮通，考壳程择流体雾从铣接口处带流过晒折流床板，楚使流汽体成功全面草积纵图向流疯动请[单8欲]安。凑2.抄2日杆式中支撑梢结构敏折流悠杆换慢热器利是像19誉70捷输年由选美国计菲利捆浦石系油公袋司首挖创的盼。其敢初衷钢是为豆了改末善折秘流板狂换热出器中志的流币体诱已导振晃动，禽其主膨要特付点是井：壳够程不界再设晨置折瓦流板输，而络由折陷流杆蛾组成修的折痛流圈测来代伪替折穿流板疼，既冻对管签子起贪支撑诸作用谷，又枕对流粗体起傻扰动怒作用姻，藉需以达哥到强冷化传称热的而目的肿。讽折流贵杆换衔热器乘问世里以后挠，其帖优点铅当时竖并未夫被工猎业界寿所认诊识，槐应用推面很宇小。星但是耻长期辱以来筐，美卧国菲稀利浦鸟石油照公司旦一直新致力叫于折敬流杆洞换热坚器的临结构互和机班理研井究，彼开发堡了相障应的波传热倦和流州动设葬计程舌序，胆申请手并获撇得了厌多项记美国可专利嗽，并警大力牙推广字这种骨新型负的换届热装捉置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