管壳式换热器壳程传热强化研究进展

对比分析了管壳式换热器壳程传热强化的主要方式和壳程管束支撑结构的研究进展。大多数管壳式换热器壳程强化结构兼具管束支撑的功能,主要以不同形式的折流杆、整圆形孔板、空心环、管束自支撑和螺旋折流板等代替传统的弓形折流档板,结构的优化提高了换热器壳程传热系数,且有效降低了壳程的流动阻力,缓减了换热器壳侧管束的振动和结垢,从而提高了换热器的传热性能。     

换热器的管束支撑结构发展概况

综述了管壳式换热器壳程内换热管束支撑结构的发展概况.管束支撑由传统的弓形折流板发展为多种结构形式的折流杆、整圆形孔板和螺旋折流板等,不但提高了换热器整体传热性能,而且还大大降低了壳程流动阻力.可为换热器的结构优化和性能完善提供参考.     

管壳式换热器强化传热技术的研究与进展

综述了管壳式换热器壳程内管束支撑结构的发展概况,管束支撑由传统的弓形折流板到各种形式的折流杆、整圆形孔板、空心环、管束自支撑和螺旋折流板等,不但提高了换热器的整体传热性能,同时还大大降低了壳程流动阻力。     

管壳式换热器强化传热技术进展

介绍了管壳式换热器强化传热技术的最新进展及技术动向。管程强化传热采用螺旋槽管、横纹槽管、波纹管、缩放管、菱形翅片管、花瓣形翅片管等传热元件,壳程强化传热采用弓形折流板支撑、折流杆式支撑、螺旋折流板支撑、空心环网板支撑、旋流网板支撑和管子自支撑等管束支撑结构。随着技术的进步,目前节能、高效的旋流网板急扩加速流缩放管管壳式换热器已广泛应用于硫酸生产中,提高了转化工序热能利用效率。     

纵流式换热器结构优化研究进展

介绍了世界范围内纵流式换热器的研究现状。从管、壳程两方面阐述了换热器结构改进及强化传热机理。列举了换热器壳程中用于支撑管束的整圆形板支撑、花格板支撑、折流杆式支撑和螺旋折流片支撑。分析了不同结构优化下纵流式换热器的传热系数、压力损失和抗诱导振动能力等特点。最后对纵流式换热器的发展前景进行了展望。     

花瓣孔板纵流式换热器的研发及试验研究

提高纵流式换热器在较低雷诺数下的传热效率,关键是改善换热器的管束支撑结构。为了解决现有杆式支撑流通面积大、扰流作用不足以及孔板式支撑结构复杂、加工困难的问题,在对折流杆和孔板支撑进行结构和性能分析的基础上,开发了一种结构相对简单的花瓣孔板支撑,并建立了纵流式换热器的试验模型和试验装置。通过对花瓣孔板与折流杆两种换热器进行对比试验,结果表明：在雷诺数Re=1900～7500范围内,二者的总传热系数K都随着雷诺数Re的提高而增大,花瓣孔板换热器比折流杆换热器的总传热系数K平均提高约40%,但压降稍大。可见,花瓣孔板换热器在较低雷诺数下具有良好的传热和压降综合性能,并且花瓣孔板的结构简单、制造方便。相邻两块花瓣孔板交错布置可实现换热管的全方位约束,因而具有良好的防振和抗振能力。     

纵流壳程换热器传热性能研究进展

基于折流杆、整圆形孔板、管束自支撑及空心环支撑等纵流换热器壳程的结构特点,从实验和数值模拟两方面阐述了这些换热器壳程流体流动和传热的研究现状,归纳总结了其传热和阻力性能的计算关联式,对比分析了其适用工况,为纵流换热器的进一步发展和应用提供指导。     

自支撑型扭曲管中冷器强化传热特性研究

对自支撑型扭曲管中冷器壳程传热与压降性能进行了实验研究,结合实验室先前扭曲管单管实验的数据,通过与相同工况条件下的折流板中冷器和折流杆中冷器管、壳程传热与压降性能以及综合性能的对比,分析自支撑型扭曲管中冷器的强化传热特性。研究结果表明:在测量范围内,自支撑型扭曲管中冷器管程传热性能相比其他2种中冷器平均提高21.3%;壳程传热性能相比折流杆中冷器,平均提高20.6%;壳程压降相比折流杆中冷器,平均降低89.4%,相比折流板中冷器,平均降低93.9%。与传统中冷器相比,自支撑型扭曲管中冷器既有折流板中冷器传热效率高的优点,又有折流杆中冷器压降损失小的优点,在工业领域中,有很好的应用前景。     

合成氨冰机冷凝器的强化传热研究及应用

针对现行合成氨冰机冷凝器的不足,设计了适用于冷凝传热的改进型折流杆冷凝器的壳程内部结构,并分析了其传热强化机理。在重力控制条件下,对不同内部支承结构与管束组合的冷凝器进行了传热实验研究,得到了水蒸气在冷凝器壳侧的冷凝传热特性曲线。采用冷凝传热强化因子的概念,建立了预测该种折流杆冷凝器壳侧冷凝传热膜系数的计算公式,为折流杆冷凝器在冰机系统中的设计应用提供了理论依据。     

斜百叶片支撑多管束受限外流传热和阻力特性

针对传统弓形折流板支撑多管束受限外流流动死区大,压降高的问题,提出新型斜百叶片折流板支撑多管束结构。通过全三维数值模拟,研究斜百叶片支撑多管束受限外流的传热和阻力特性,获得其局部流场,分析了不同斜百叶片倾角对其性能的影响。研究结果表明:斜百叶片支撑多管束受限外流流场分布均匀,流动死区小;与传统弓形折流板支撑的情况相比,压降减小17.1%~45.7%,功耗显著降低,且随斜百叶倾角减小而减小;倾角为45o时具有最优综合性能,相同压降下的传热系数比弓形折流板支撑的情况可提高25.9%。研究结果可为新型低功耗管壳式换热设备的开发和设计提供参考。     

纵流式换热器的结构研究进展

纵流式换热器具有传热效率高，压降小，有效消除流体诱导振动等特点，因而在石化等行业中的应用越来越多，其结构的发展主要表现为高效换热管的应用和管束支撑物的变化，阐述了纵流式换热器的特点，介绍了高效换热管和管束支撑物的结构及性能发展，指出了纵流式换热器的发展前景。     

单螺旋和双螺旋折流板换热器性能的研究

为了研究双螺旋结构对螺旋折流板换热器性能的影响及其与单螺旋结构的比较,利用热态试验和数值模拟方法,研究了四分之一扇形和三分之一扇形螺旋折流板换热器单、双螺旋结构的壳程传热和阻力性能.热态试验结果表明,单、双螺旋结构的壳程传热系数和压力损失均随流量的增大而提高.在相同流量下,双螺旋结构的壳程传热系数高于单螺旋结构,同时其壳程压力损失也有所增大.但随着流量的增加,双螺旋结构对应的单位压降下的传热性能与单螺旋基本一致.这说明双螺旋结构可以提高壳程传热性能,同时不会影响换热器的综合性能.因此在流体输送动力允许的条件下,双螺旋结构有利于设备处理能力的提高.数值模拟结果表明,由于折流板数量是单螺旋结构的两倍,因此双螺旋结构对壳程流体具有更强的导流作用,流体的分布更加均匀,且呈现出更加强烈的旋转运动.     

管壳式换热器的研究与进展

介绍了管壳式换热器在多个方面的技术进展情况，主要从改进管子，折流挡板和支撑物，加入管内扰动体等方面提高传热效率，并简述了一些应用情况和几种新型材料的管壳式换热器。     

螺旋折流板形状和数量对换热器壳侧传热及流动特性的影响简

Shape and quantity of helical baffles have great impact on the shell-side performance of helical baffled heat exchangers （HBHE）. In this work, three physical models of HBHE with baffles of different shape （trisection, quadrant and sextant sector） were investigated. Numerical simulations were performed on HBHE at three helix an- gles （10°, 25° and 40°） by the software ANSYS CFX. Analyses of numerical results indicate that the sextant HBHE shows relatively better fluid flow performance because the leakage flow in the triangle area is evidently reduced and the fluid streamline appears much closer to an ideal spiral flow, while the trisection and quadrant HBHE show more scattered and disordered streamline distributions. The convective heat transfer coefficient and pressure drop in three types of HBHE were presented. Further investigations on the shell side performance with different helical baf- fles were implemented by the field synergy theory. Both theoretical and numerical analyses gave support on the re- lations between helical baffle shape and shell-side performance. This paper may provide useful reference for the selection of baffle shade and auantitv in HBHE.     

连续螺旋折流板换热器壳程流动与传热数值模拟

建立了连续螺旋折流板换热器三维模型并划分网格,采用分离式求解器、SIMPLE压力速度耦合方式与Realizable k-ε湍流模型,利用FLUENT软件对连续螺旋折流板换热器壳程流体流动与传热进行了模拟计算,得到壳程流体速度、压力与温度分布图,并与传统弓形折流板换热器作比较。螺旋折流板节距与弓形折流板间距相等时,螺旋折流板换热器壳程传热系数增加了25%左右,而压力降减小了18%左右。通过对不同螺旋角度的螺旋折流板换热器进行模拟分析,发现随螺旋角增大壳程传热系数和压力降都呈减小趋势,且壳程流体进口平均速度越大,作用越明显,故在实际工程中,盲目追求高的传热系数或低的压降都是不可取的。本数值模拟可为螺旋折流板换热器进一步的工程研究提供可靠的理论参考依据。     

帘式折流片换热器强化传热数值研究

为解决折流板换热器壳程流体阻力过大和折流杆换热器低Re下传热系数较小等管壳式换热器的不足,提出了壳程流体"斜向流"的新概念,研制了新型高效节能管壳式换热器?帘式折流片换热器,其壳程传热系数高于折流杆换热器20%～30%,而壳程压力损失大幅低于折流板换热器。以场协同原理分析了斜向流的强化传热机理,指出在帘式折流片换热器壳程中流体速度场与温度梯度场间的夹角小于折流杆换热器,是其强化传热的重要原因。对帘式折流片换热器中折流栅间距、折流片倾角、折流片宽度等重要几何参数对传热和压降的影响规律进行了数值模拟研究,并据此推导了壳程传热系数和流体阻力降准数关联式,为其工程设计和推广应用提供了参考依据。     

三叶孔板换热器壳程传热与压降

三叶孔板换热器是一种新型纵向流换热器,由于其具有传热效率高、压降低、抗振结构性能优越等诸多优点而广泛应用于核电行业。搭建三叶孔板换热器壳程传热与压降测试平台,对传热和压降的测量结果进行不确定度分析。对4台三叶孔板换热器模型进行实验研究,结果表明随着Reynolds数的增大,壳程对流传热系数和压降在对数坐标内线性增大;在Reynolds数相同的情况下,随着支撑板间距的增大,三叶孔板换热器壳程Nusselt数逐渐减小,压降逐渐降低,同时压力梯度逐渐减小。为了进一步分析说明三叶孔板换热器壳程传热与阻力性能,基于Bell-Delaware法设计了具有相同结构参数的折流板换热器。与折流板换热器的对比结果表明：三叶孔板换热器壳程Nusselt数平均为折流板换热器的1.25倍,壳程整体压力平均为折流板换热器的0.77,综合性能平均为折流板换热器的1.62倍。     

新型六分扇形螺旋折流板换热器壳程传热及流动特性

针对现有四分螺旋折流板换热器中心区域漏流明显的特征,提出了一种新型的六分扇形螺旋折流板换热器。建立了六分扇形螺旋折流板换热器的三维物理模型,应用Ansys CFX软件对其壳程流动与传热特性进行数值模拟,分析了不同螺旋角(10°、20°、30°、40°)和不同工况下六分扇形螺旋折流板换热器的壳侧性能,并与传统的弓形折流板换热器作对比。结果表明,六分扇形螺旋折流板可以显著减少三角区漏流现象的发生,壳程流体旋流特性较好。随着螺旋角的增大,壳侧速度场与温度场分布更加均匀,综合换热性能逐步提高。     

基于正交试验的扭转流换热器壳程结构优化

建立扭转流管壳式换热器周期性全截面数值计算模型,采用对比实验验证了数值模拟方法及其结果的可靠性。影响扭转流换热器壳程流体换热和流阻性能的主要因素有相邻两组类梯形导流板间距、导流板宽度、导流板倾斜角度以及每组导流板的数量。设计正交试验,综合研究各参数对扭转流换热器壳程流体传热系数、压降及综合性能的影响,并对影响显著的结构参数进行了优化。结果表明,在研究参数范围内,影响扭转流换热器壳程流体综合性能的主次顺序为：相邻两组导流板间距>每组导流板数量>导流板倾斜角度>导流板宽度。综合性能最优的结构参数组合是相邻两组导流板间距为100mm、每组导流板个数为2、导流板倾斜角度为52.5°、导流板宽度为100mm,综合性能最高为114.9。研究结果为管壳式换热器壳程结构参数进行多目标优化提供了一种新方法,具有一定的指导意义。     

折流杆换热器

介绍了折流杆换热器的结构形式和使用特点,以同1台冷凝器为例,对比了采用折流杆或采用折流板换热器的使用效果,结果表明,在相同阻力降条件下,折流杆换热器传热系数大,传热面积小,壳体也小。