换热器强化传热技术(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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1. 4　螺旋折流板

螺旋折流板是将传统的垂直弓形板换成螺旋状或近似螺旋状的折流板, 折流板与换热器壳体横断面有一个倾斜角度, 使得流体在壳程沿螺旋通道流动。按流道多少螺旋折流可分为单头或双头。图1 为流体在弓形折流板和螺旋折流板换热器壳侧流动情况对比的示意图。

图1　弓形折流板换热器与螺旋折流板换热器壳侧流体流动对比示意图
螺旋折流板换热器的螺旋折流板使流体在壳侧呈连续柱塞状螺旋流动(即p lug 流) , 不会出现传统折流板换热器内的流动“死区”, 并且由于旋流产生的涡与管束传热界面边界层相互作用, 使湍流度大幅度增强, 有利于提高壳侧传热膜系数。

2　杆式支撑结构

为了解决传统折流板换热器因流体横向冲刷管束引起的振动和破坏问题, 出现了折流杆支承结构。折流杆支承结构由折流栅和支承杆组成。折流栅是由在一圆环(折流圈) 上焊接一定数量的圆杆(折流杆) 构成, 每四个不完全相同的折流栅构成一折流栅组(图2)。折流栅上的折流杆交错穿插于管子之间, 折流杆的直径约等于相邻管子之间的间隙, 管子被折流杆紧紧夹住。
由于折流杆换热器壳程流体为纵向流动, 基本不存在流动死区。另外, 流体流过折流杆(圆杆) 后在其两侧交替产生和脱离旋涡(卡漫涡街) , 且流体流过折流栅时流通截面缩小, 之后又扩大, 从而产生文丘里效应。由于卡漫涡街和文丘里效应的作用, 使流体对管壁形成较强烈的冲刷, 从而减薄了传热边界层, 也就强化了壳程传热。
图2　折流栅网架结构

3　空心环支撑结构

空心环支承结构是采用空心环网板取代折流板做管间支撑物。空心环由直径较小的钢管截成短截, 均匀地分布于管间的同一截面上, 与管子呈线性接触, 使管束相对紧密固定而成。空心环支承传热管束的示意图如图3 所示。采用空心环管间支承可大幅减少气体因在壳程作反复折流而损失的流体输送功, 依靠增加管间气速提高管外传热膜系数, 达到流体输送功的最佳利用。二是采用粗糙型传热管, 如缩放管、低肋管、花瓣管等, 强化流体纵向冲刷时的对流换热。
图3　空心环支承传热管束示意图

4　管子自支撑结构

为简化管束支撑、提高换热器的紧凑度, 近年来开发出一些自支撑管, 如刺孔膜片管、螺旋扁管和变截面管等。这类管靠管自身的一部分如刺孔膜片、螺旋线或变径部分的点接触来支撑管子, 同时又组成壳程的扰流元件, 增大了流体自身的湍流度, 破坏了管壁上的流体边界层, 从而使壳程传热进一步增强。

5　结语

管壳式换热器壳程强化传热技术的发展表现出2 个特点: 一是壳程内流体流动由横向流动变为平行于管子的纵向流动, 使流动压降减小, 传热面积得到充分利用; 二是支撑形式向着低流阻、结构简单、制造方便和　省材方向发展。通过对壳程强化传热研究的探讨, 将低流阻、高传热效率的壳程强化传热支撑结构与高效强化传热管相结合的复合强化传热技术, 使整个换热器的传热综合性能得到提高, 将是管壳式换热器发展的方向。