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管壳式换热器管程强化传热技术的研究进展点击：2467 日期：[ 2014-04-27 11:45:29 ] |
| 管壳式换热器在化工、石油、动力、冶金、制冷、原子能、造船、食品、医药等工业部门中有着广泛的应用。据统计，在现代石油化工生产中，换热器的投资约占设备总投资的3O％ 一40％ 。20世纪7O年代的全球化能源危机，促进了世界上各主要工业国对强化换热的研究、开发和应用。近4J0年来，国内外对强化传热进行的研究取得了丰硕的成果，目前已有的强化传热技术不下百余种。强化传热主要有两种途径：(1)增大传热面积，但换热器的传热面积不可能无限制地增大，否则投资费用会大大增加，并且随着工业化的进展，设备要紧凑化；(2)提高传热系数，主要从管程和壳程传热强化系数的提高方面上考虑。许多科研工作者已经在这一方面上进行了大量的研究，并且取得了很大的成效。本文主要讨论了管壳式换热器管程的强化传热一改变管子外形或在管内加入插入物，介绍了螺旋槽管、横纹管、螺旋扁管、管内插人物、翅片管和三维内肋管等多种强化传热管的研究进展。l 不同种类的强化传热管1．1 螺旋槽管 螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和内凸的异形管，管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数，起到双边强化的作用。根据在光管表面加工螺旋槽的类型螺旋槽管有单头和多头之分，其主要结构参数有槽深e-,槽距P和槽旋角口。早期进行螺旋槽管研究的主要有美国、英国、13本，从1970年至1980年间进行了大量的研究。我国对螺旋槽管的实验研究起步也是较早的，华南理工大学、北京理工大学和重庆大学也对螺旋槽管进行试验研究，而且都取得显著的成效。螺旋槽管之所以能强化传热，Withers和Newson等均认为是螺旋槽使冷凝液膜产生附加的表面张力场，使平均冷凝液膜减薄，减少了冷凝传热热阻所致。研究还表明单头螺旋槽管比多头螺旋槽管的性能好。目前，无论是从传热、流阻、阻垢性能，还是从无相变对流换热和有相变凝结换热，对螺旋槽管的强化传热研究从理论到实际已达到较高水平。1．2 横纹管1974年前苏联首先提出横纹管，它是一种用普通圆管作毛胚，在管外壁经简单滚轧出与轴线垂直的凹槽，同时在管内形成一圈突起的环肋。横纹管主要用来强化管内单相流体的传热。横纹管在我国研究较少，只有华南理工大学对此进行了试验研究。研究发现，在相同流速下，横纹管流阻比单头螺旋槽管的小。沈阳化工学院与辽宁冷热设备制造公司对横槽纹管进行了开发研制，从而使横槽纹管与螺旋槽管换热器的应用得到同步发展。1．3 螺旋扁管螺旋扁管是瑞士Allares公司首先提出、美国Brown公司经过改进的一种换热管。由于管子的独特结构，流体在管内处于螺旋流动，促使湍流程度。经实验研究表明螺旋扁管管内膜传热系数通常比普通圆管大幅度提高，在低雷诺数时最为明显，达2—3倍；随着雷诺数的增大，通常也可提高传热系数5O％以上。1．4 管内插入物国外从1896年就开始研究和应用管内插入物的强化传热。管内插入物有：环式、拉希格图、盘式、螺旋线圈、螺旋带、螺旋片、扭带、静态混合器和径向混合器等。在无功强化传热技术中管内安装插入物的强化传热技术有显著的特点：不改变传热面形状；插人物加工简单，特别适合于现有设备改造，不需要更换原有管壳式换热器。因此，管内插入物强化传热技术在老厂挖潜改造中得到广泛的应用。长岭炼油化工厂采用在线清洗技术，选用两台换热器进行对比试验，得出结论：加有弹簧插入物的换热器比普通光管总传热系数提高32．8％。在不同流量下测试，压降比光管换热器增加0．5％ 1．3％。1．5 内翅片管1971年美国首先提出内翅片管。用于强化管内单相流体的传热。并于2O世纪9O年代又开发出一种高效强化管内相变传热的内螺旋翅片管。日本、前苏联等国也进行大量的研究工作。2O世纪80年代初，日立电缆有限公司研究表明，采用左右错式的螺旋内翅片管强化单相流体的传热可使管内传热系数提高到光管的2．8倍左右。1．6 三维内肋管三维内肋管是一种新型的强化换热管件，通过专用的工具，经过一定的方法对普通圆管内壁加工而成的高效强化传热元件。流体在管内受到三维肋的作用而使其热边界层的厚度减薄，从而提高对流传热膜系数。对于空气的管内换热，三维内肋管最高可达相同工况下光管换热的5．8倍，而对高Pr数的流体，其强化换热倍数可达更高值。就管内的凝结换热和沸腾换热而言，其换热倍数也分别是相同工况下光管同类换热的3～5倍和2—5倍。2 结语强化传热技术的进步和推广，不但能节约大量的能源，而且能大大减少设备的重量和体积，减低金属消耗量，是当前增产节能向深度发展的重要一环。 |
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