管殼式換熱器的強(qiáng)化傳熱技術(shù)
管殼式換熱器的傳熱強(qiáng)化研究包括管程和殼程兩側(cè)的傳熱強(qiáng)化研究。通過(guò)強(qiáng)化傳熱管元件與優(yōu)化殼程結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
一：強(qiáng)化傳熱管元件
改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內(nèi)設(shè)置各種形狀的插入物。改變傳熱面的形狀有多種，其中用于強(qiáng)化管程傳熱的有：螺旋槽紋管、橫紋管、螺紋管、縮放管、旋流管和螺旋扁管等。另外，也可采用擾流元件，在管內(nèi)裝入麻花鐵，螺旋圈或金屬絲片等填加物，亦可增強(qiáng)湍動(dòng)，且有破壞層流底層的作用。
1、螺旋槽管
螺旋槽紋管管壁是由光管擠壓而成。其管內(nèi)傳熱強(qiáng)化主要：一是螺旋槽近壁處流動(dòng)的限制作用，使管內(nèi)流體做整體螺旋運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生局部二次流動(dòng)；二是螺旋槽所導(dǎo)致的形體阻力，產(chǎn)生逆向壓力梯度使邊界層分離。螺旋槽紋管具有雙面強(qiáng)化傳熱的作用，適用于對(duì)流、沸騰和冷凝等工況，抗污垢性能高于光管，傳熱性能較光管提高2~4倍。
2、橫紋槽管
橫紋管的強(qiáng)化機(jī)理為：
當(dāng)管內(nèi)流體流經(jīng)橫向環(huán)肋時(shí)，管壁附近形成軸向游渦，增加了邊界層的擾動(dòng)，使邊界層分離，有利于熱量的傳遞。當(dāng)游渦將要消失時(shí)流體又經(jīng)過(guò)下一個(gè)橫向環(huán)肋，因此不斷產(chǎn)生渦流，保持了穩(wěn)定的強(qiáng)化作用。
3、縮放管
換熱管表面的竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)，使管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生收縮和放大效應(yīng)，使介質(zhì)湍動(dòng)程度增加，提高了管內(nèi)介質(zhì)的熱交換能力，而且管內(nèi)靠近管壁的介質(zhì)沿管的軸向流動(dòng)時(shí)，其方向和速度在波節(jié)處產(chǎn)生突變，形成局部湍流，使管壁處流體的滯留底層減薄，熱阻降低，也使管外介質(zhì)的傳熱能力提高。
4、低螺紋翅片管
普通換熱管經(jīng)軋制在其外表面形成螺紋翅片的一種高效換熱管型。其強(qiáng)化作用是在管外。對(duì)介質(zhì)的強(qiáng)化作用一方面體現(xiàn)在螺紋翅片增加了換熱面積；另一方面是由于殼程介質(zhì)流經(jīng)螺紋管表面時(shí)，表面螺紋翅片對(duì)層流邊層產(chǎn)生分割作用，減薄了邊界層的厚度。
當(dāng)用于蒸發(fā)時(shí)，可以增加單位表面上氣泡形成的數(shù)量，提高沸騰傳熱能力；
當(dāng)用于冷凝時(shí)，螺紋翅片十分有利于管下端冷凝液的滴落，使液膜減薄，熱阻減少，提高冷凝傳熱效率。
5、螺旋扁管
螺旋扁管(Twisted tube)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是管子的任一截面均為一長(zhǎng)圓。
螺旋扁管的強(qiáng)化機(jī)理：由于管子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使管程與殼程同時(shí)處于螺旋流動(dòng)，促進(jìn)了湍流程度。此換熱器比常規(guī)換熱器總傳熱系數(shù)高40％，而壓力降則幾乎相等。此換熱器可用于氣—氣、液—液以及氣—液換熱過(guò)程。
6、菱形翅片管
菱形翅片管為帶有周向非連續(xù)三維翅片的高效傳熱管，其傳熱強(qiáng)化性能優(yōu)于帶周向連續(xù)翅片的螺紋翅片管。當(dāng)用于冷凝強(qiáng)化傳熱時(shí)，由于其三維翅片的特殊結(jié)構(gòu)造成翅片表面液膜的表面張力分布不均(根部大，頂部小)，液膜被拉向根部，使三維翅片表面的液膜厚度大幅度的減薄，熱阻減小，使汽態(tài)介質(zhì)和管外壁的換熱能力增強(qiáng)，從而提高換熱效果。
7、波紋管
波紋管是以普通光滑換熱管為基管，采用無(wú)切削滾扎工藝使管內(nèi)外表面金屬塑性變形而成，雙側(cè)帶有波紋的管型。
波紋管管內(nèi)被擠出凸肋，從而改變了管內(nèi)壁滯流層的流動(dòng)狀態(tài)，減少了流體傳熱熱阻，增強(qiáng)了傳熱效果。
8、表面多孔管（燒結(jié)、熱噴涂、電鍍等）
9、T形翅片管
T形翅片管是由光管經(jīng)過(guò)滾軋加工成型的一種高效換熱管。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在管外表面形成一系列螺旋環(huán)狀T形隧道。管外介質(zhì)受熱時(shí)在隧道中形成一系列的氣泡核，由于在隧道腔內(nèi)處于四周受熱狀態(tài)，氣泡核迅速膨大充滿內(nèi)腔，持續(xù)受熱使氣泡內(nèi)壓力快速增大，促使氣泡從管表面細(xì)縫中急速?lài)姵?。氣泡噴出時(shí)帶有較大的沖刷力量，并產(chǎn)生一定的局部負(fù)壓，使周?chē)^低溫度液體涌入T形隧道，形成持續(xù)不斷的沸騰。
10、其他形式換熱管
二：管殼強(qiáng)化傳熱
殼程強(qiáng)化傳熱的途徑主要有兩種：
一是改變殼程擋板或管支撐物的形式，以減少或消除殼程流動(dòng)與傳熱的滯留死區(qū)，使傳熱面積得到充分利用。如折流桿換熱器、空心環(huán)換熱器、螺旋折流板換熱器等等。
二是改變管子外形或在管外加翅片，即通過(guò)管子形狀或表面性質(zhì)的改造來(lái)強(qiáng)化傳熱，以提高換熱器效率。如槽紋管、翅片管、表面多孔管、釘頭管等等。
在這里廣東捷邦主要向大家介紹第一種方法。
1、不同形式的折流板換熱器
2、折流桿式換熱器
折流桿換熱器是目前應(yīng)用最廣的新型管殼式換熱器。此種換熱器廣泛應(yīng)用于單相沸騰和冷凝的各種工況。其總傳熱系數(shù)比普通折流板換熱器提高40~60%，且抗振性能好。把折流桿支撐結(jié)構(gòu)與螺旋槽管、橫紋槽管、底翅片管、T形翅片管等強(qiáng)化傳熱管組合，形成復(fù)合強(qiáng)化傳熱技術(shù)。
3、空心環(huán)式換熱器
空心環(huán)管殼式換熱器是我國(guó)于20世紀(jì)90年代發(fā)明的一種新型管殼式換熱器?？招沫h(huán)是由直徑較小的鋼管截成短節(jié)，均勻地分布于換熱管管間的同一截面上，呈線性接觸，在緊固裝置螺栓力的作用下，使管束相對(duì)緊密固定?？招沫h(huán)作為支撐形式，已成功地應(yīng)用于小型氮肥廠。
4、螺旋折流板換熱器
螺旋折流板換熱器是最新發(fā)展起來(lái)的一種管殼式換熱器，與常規(guī)折流板相互平行布置方式不同，它的折流板相互形成一種特殊的螺旋形結(jié)構(gòu)，每個(gè)折流板與殼程流體的流動(dòng)方向成一定的角度，使殼程流體做螺旋運(yùn)動(dòng)，能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角，從而提高了換熱效率。在氣—水換熱的情況下，傳遞相同熱量時(shí)，該換熱器可減少30％~40％的傳熱面積，節(jié)省材料20％~30％。此換熱器尤適宜于處理含固體顆粒、粉塵和泥沙等流體。
5、扭曲管換熱器
