資源描述：
《管殼式換熱器的研究與進(jìn)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、管殼式換熱器的研究與進(jìn)展張海龍(山西省太原重型機(jī)械集團(tuán)煤化工設(shè)備分公司)摘要：介紹了管殼武換熱器在多個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)展情況，主要從改進(jìn)管子，折流擋板和支撐物，加入管內(nèi)擾動(dòng)體等方面提高傳熱效率，并簡(jiǎn)述了一些應(yīng)用情況和幾種新型材料的管殼式換熱器。同時(shí)對(duì)換熱器的防腐措施以及改進(jìn)動(dòng)向作了介紹。關(guān)鍵詞：管殼式換熱器；研究與進(jìn)展；化工設(shè)備；強(qiáng)化傳熱；防腐換熱器是化工、石油、動(dòng)力、鋼鐵、食品、發(fā)電及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要的地位。尤其是化工生產(chǎn)中，換熱器關(guān)系到生產(chǎn)的正常運(yùn)行和操作費(fèi)用。換熱器的種類繁多，但管殼式換熱設(shè)備在化工生產(chǎn)中仍占據(jù)主要地位，尤其在高溫或有腐蝕性介質(zhì)的作業(yè)中更能顯出優(yōu)勢(shì)
2、。管殼式換熱器是由一些直徑較小的圓管加上管板組成管束，外套一個(gè)外殼而構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，適應(yīng)性強(qiáng)，選材廣，易于制造，成本低。但是，在流動(dòng)面積相等的條件下，圓形通道的表面積最小，而且管子之間不能緊密排列，故管殼式換熱器的共同缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)不緊湊，單位換熱器的容積所提供的傳熱面小，傳熱系數(shù)不高，金屬消耗量大。因而，目前在提高該類換熱器性能所開展的研究主要是強(qiáng)化傳熱，適應(yīng)高參數(shù)和各類有腐蝕介質(zhì)的耐腐材料以及為大型化的發(fā)展所作的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。隨著工業(yè)的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了不少高效緊湊的管殼式換熱器并逐漸趨于完善。這些換熱器基本上可分為兩類：一類是在管殼式換熱器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)；另一類則根本上擺脫圓管而采用多種板狀換
3、熱表面。在管殼式換熱器基礎(chǔ)上改進(jìn)的板式換熱器，有結(jié)構(gòu)緊湊，材料消耗低，傳熱系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，但是不能承受高溫高壓。本文就管殼式換熱器的自身改進(jìn)加以論述。管殼式換熱器的自身改進(jìn)，換熱器的強(qiáng)化傳熱就是采用一定的措施增大換熱設(shè)備的傳熱速率，力圖用較少的傳熱面積或體積的設(shè)備來完成傳熱任務(wù)。強(qiáng)化型換熱器在石油、化工、制冷、航空、車輛、動(dòng)力機(jī)械等工業(yè)部門已得到廣泛應(yīng)用。強(qiáng)化傳熱已被學(xué)術(shù)界稱為第二代傳熱技術(shù)。換熱器的強(qiáng)化途徑主要有：提高傳熱系數(shù)，擴(kuò)大傳熱面積，增大傳熱溫差等。其中提高傳熱系數(shù)是當(dāng)今強(qiáng)化傳熱的重點(diǎn)。傳熱系數(shù)的大小主要取決于換熱器內(nèi)兩種流體的對(duì)流傳熱系數(shù)、污垢層的熱阻和換熱管管壁的熱阻等。一般情況下
4、熱管管壁的熱阻比較小，可以忽略不計(jì)，而主要通過在管內(nèi)裝入各種強(qiáng)化添加物(內(nèi)插物)，設(shè)置擋板，增強(qiáng)湍流強(qiáng)度和延緩污垢層的形成等措施，達(dá)到提高傳熱系數(shù)的目的。為了實(shí)現(xiàn)換熱器的傳熱高效化，其先決條件是提高單位體積的傳熱面積和提高傳熱面的傳熱效率，以提高綜合傳熱系數(shù)，即強(qiáng)化傳熱(狹義的強(qiáng)化傳熱是指提高流體和傳熱面之間的傳熱系統(tǒng))。其主要方法可歸結(jié)為使溫度邊界層減薄和調(diào)換傳熱面附近的流體。前者采用多種間斷翅片結(jié)構(gòu)，后者采用泡核沸騰傳熱。人們想方設(shè)法實(shí)施強(qiáng)化傳熱，歸納起來有以下4種方法：改變傳熱面的形狀；在傳熱面或傳熱路徑內(nèi)加入擾動(dòng)促進(jìn)體；對(duì)折流擋板和支撐物加以改進(jìn)；特殊材料管子的制造。一57—1改變傳熱
5、面的形狀改變傳熱面形狀的方法有多種，用于無相變強(qiáng)化傳熱的有：橫槽管，螺旋管，縮放管和波紋管。新近又開發(fā)出偏置折邊翅片管和螺旋扁管。用于有相變強(qiáng)化傳熱管，主要是在傳熱表面燒結(jié)一層金屬或鍍層，通過機(jī)械加工附加一些細(xì)孔等結(jié)構(gòu)，在沸騰時(shí)使用這類傳熱面可以使起泡點(diǎn)數(shù)目增多，并在細(xì)孑L內(nèi)產(chǎn)生蒸氣時(shí)。能從通孔的另一人口端吸取液體，從而促進(jìn)細(xì)孔內(nèi)液膜的蒸發(fā)，收到顯著改善沸騰換熱系數(shù)的效果。對(duì)于凝結(jié)，還有一種翅片結(jié)構(gòu)，利用凝結(jié)液在滴落過程中，由表面張力的作用把凝結(jié)液膜拉開，使液膜減薄。例如短翅片管，由于翅片的前緣減薄，促進(jìn)液膜的下流，而使換熱系數(shù)增高?，F(xiàn)在的冷凍機(jī)換熱器，如果管子制成上述形式，那么將使其體積減小
6、成本降低，效能提高。目前廣泛研究的是螺旋槽管，橫紋管以及利用機(jī)械加工，燒結(jié)，由化學(xué)腐蝕及表面鍍層等手段制成的管件。螺旋槽管是在管壁擠壓出單頭或多頭螺旋槽，是一次加工雙面成型的高效傳熱元件。螺旋槽紋管換熱器其管內(nèi)強(qiáng)化傳熱主要由兩種方式起決定作用：流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受螺旋槽紋的引導(dǎo)，使靠近壁面的部分流體順槽旋流，產(chǎn)生局部的二次流，增加流體的湍動(dòng)性；還有一部分流體順壁面軸向流動(dòng)，由于螺旋槽導(dǎo)致形體阻力，產(chǎn)生逆向壓力梯度，引起邊界層分層及邊界層中流體質(zhì)量的擾動(dòng)，從而加快由壁面至流體主體的熱量傳遞。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道美國(guó)國(guó)家Argonne實(shí)驗(yàn)室和GA技術(shù)公司設(shè)計(jì)、制造的螺旋槽紋管換熱器，其傳熱性能比光管提高2
7、4倍。目前優(yōu)化螺旋槽紋管的幾何尺寸，使之具有良好的傳熱性能是其今后發(fā)展的主要方向。橫紋管是20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)的一種高效換熱器元件，它是以普通光管為毛坯，經(jīng)簡(jiǎn)單滾壓在管外壁形成與軸線成直角的環(huán)狀槽紋。橫紋槽管換熱器流體經(jīng)過圓環(huán)形的凹槽時(shí)，管壁上形成軸向旋渦，增加了流體邊界層的擾動(dòng)，使邊界層分離，有利于使熱量通過邊界層進(jìn)行傳遞。當(dāng)漩渦將要消失時(shí)，流體又經(jīng)過下一個(gè)圓環(huán)形凹槽，所以能保持不斷地生成軸
