| 单词 | 列管式换热器与强化传热 |
| 释义 | 【列管式换热器与强化传热】 列管式换热器是典型的换热设备，它在工业中的应用历史悠久，是一种传统的标准设备，在许多工业部门尤其是在化工、石油、动力等行业中被大量使用，在工业换热器中占主导地位。以往的列管式换热器通常采用光滑管作为传热管，管隙间支撑物有单弓、双弓、三弓和碟环形隔板以及折流杆等种类。列管式换热器的优点是易于制造、成本较低、处理能力大、适应性强、高温高压场合均可适用。但普通光滑管的管壳式换热器与板翅式换热器相比，其缺点是传热效率较低、紧凑性较差以及单位传热面积的金属消耗量较多。 列管式换热器的强化传热对提高工业生产中热能与电能的利用效率，降低设备投资等有着极重要的意义。在生产系统中，换热器采用强化传热技术所获得的好处在于：在原换热面积不变的条件下，可增加换热负荷量(回收生产系统中更多的热量)或降低传热温差(提高生产系统热能的品位)，起到节能降耗的作用；在传热负荷与温差不变的条件下，可降低流体压降或输送功耗，节省生产系统中泵或风机的电耗；在传热负荷、传热温差与流体输送功耗相同的条件下，可节省换热器20%～50%的传热面积，降低设备投资。20世纪70年代以来，由于受世界能源危机的影响，强化传热技术有了很大的发展，列管式换热器的强化传热也受到人们广泛的重视。列管式换热器通常用于单相与两相流体的对流换热，其强化传热基本思想在于：以较低的流体输送功耗获取较高的传热速率。真体的研究则需在换热器整体结构的改进及内部结构的优化配合上做工作。从整体结构上分析，列管式换热器的强化传热主要涉及以下3方面的研究：1．强化传热管型的研究。对于湍流流体对流传热，传热的热阻主要集中于管壁附近的流体传热滞流底层。强化传热的方法之一是依靠强化管的粗糙传热面破坏流体的传热滞流底层，提高滞流底层流体的湍流强度，降低传热热阻，例如螺旋槽管，横纹管，缩放管等。这些管型，在适当的粗糙尺寸下既可以有效地促进流体传热滞流底层的湍流度，又不致对流动主流区产生过大的扰流，流体阻力损失不大。在与光滑管流体输送功耗相同的条件下，其给热系数可比光滑管提高40%～150%，(流体的Pr准数较高时，给热系数提高的比例较大)。强化传热的方法之二是利用滚扎的翅片，例如螺纹低翅片管、错齿形翅片管等，既促进流体滞流底层的湍流度，又扩大传热面积，两者都能起到强化传热的作用。1990年邓先和等做了上述几种管型的系列研究工作，实验结果表明：翅片管的双重强化传热效果要比其它管型单纯促进湍流强化传热的效果好些，但当管壁较簿时，翅片管单位传热面积所需的金属量也要比其它管型多些。近20多年来，已有很多研究者对各种类型的粗糙强化管进行了强化传热性能的研究，例如1980年D．L．Gee等人和1982年LiH．M．等对多头与单头螺旋槽管、1974年Kalinin E．K．等对横纹槽管、1975年B．K．Мnraй等人对缩放管、1978年E．Obermeir等对螺纹低翅片管都做过强化传热性能的研究。1985年林宗虎、1990年A．E．Bergles等对近年来多种强化管的研究与应用情况做了总结论述。多年来强化传热管的研究结果表明，利用适当尺寸的粗糙传热面强化单相流体以及两相流体的传热可获得良好的效果，强化管在工业生产中有着较高的应用价值。2．管间支撑物的研究。传统的列管式换热器绝大多数采用单弓隔板作为管间支撑物。在壳程流量较大时，为了降低壳程压降，同时也为减少隔板附近流体的流动死区，提高传热效率，壳程可采用双弓、三弓或碟环隔板等作为管间支撑物。70年代起，美国菲利浦石油公司开始采用折流杆代替隔板作为管间支撑物，壳程流体的流向由横向冲刷管束改为纵向冲刷管束，其优点一是管束的抗振性能好；二是折流杆对流体可产生一定的扰流增进了流体湍流度，有强化传热的作用。据1990年C．C．Gentry对20多年来折流杆管壳式换热器在工业上应用研究作的总结，由折流杆支撑的光滑管管束比双弓、三弓及碟环隔板支撑的光滑管管束具有更好的传热与流体阻力性能，该文同时也报道了折流杆支撑的螺纹低翅片管管束的研究情况。1990年邓先和等人提出采用空心环作为管间支撑物，其目的在于减少支撑物对流体主流区的扰流，减少支撑物在主流区造成的不必要的涡流阻力损失，主要依靠强化管的粗糙传热面促进传热滞流层的湍流度、充分发挥强化管的良好传热性能。实验表明，在流体主流区已达完全湍流(Re准数大于104)的条件下，强化管的粗糙传热面的强化传热效果要比在主流区增加扰流的效果更好。在对比实验中已证实，以空心环支撑的强化管管束的强化传热性能比折流杆支撑的好。目前空心环管壳式换热器已开始在工业上试验应用，与原单弓隔板的气－气管壳式换热器相比，总传热系数可提高100%～120%，换热面积可减少三分之一以上，管程与壳程气体总压降可降低30%～40%。3．换热器壳程进出口结构的研究。在普通隔板管壳式换热器中，流体横向冲刷管束在壳程进出口处，流体沿隔板横向流经管束，结构比较简单，而且壳程进出口压降占壳程总压降的比例较小。在壳程流体纵向冲刷管束的换热器中，例如折流杆或空心环管壳式换热器，在壳程进出口处存在如何使流体由横向流动导向纵向流动和沿径向流速分布均匀的问题，壳程进出口压降占壳程总压降的比例较大，降低壳程进出口压降已成为提高换热器整体换热效率的一项突出问题。为了使壳程进出口流体沿壳体圆周有较均匀的流量分布，折流杆换热器采用环套导流进出口结构，1990年C．C．Gentry对此作了介绍。但如何有效降低壳程进出口压降，以及纵向流动流体在壳程中的均匀分布问题依然是有待解决的重要问题。在列管式换热器的强化传热研究中，内部结构的优化配合是很重要的。根据实际工况，换热器的强化传热设计首先需分清传热热阻是集中在管程或壳程还是两侧相近，然后确定合适的强化管型，重点强化热阻大的一侧流体传热，这样才能有效地降低换热器总的传热热阻。对于壳程，管间支撑物的形式与传热管型的配合则与强化传热的重点和流体的流向有关。当流体体积流量较小时，为提高管隙间的流速，一般采用单弓板作为管间支撑物，若壳程为传热主要热阻时，采用扩展传热面的螺纹低翅片管等翅片管型可较有效地强化壳程传热，提高整台换热器的换热效率；当流体体积流量较大时，流体纵向冲刷管束可获得较低的壳程压降。从强化传热的角度上考虑，若以强化管作为传热管，采用空心环作为管间支撑物较合适；若只用光滑管作为传热管，则采用折流杆等作为管间支撑物较合适。对于管程，邓先和等人用螺旋槽管、横纹槽管、缩放管和内螺旋多头低翅片管做过传热与流体阻力对比试验，发现内螺旋多头低翅片管具有较好的传热性能与较低的流体阻力。近20多年来，强化传热技术被逐步推向工业化应用，多种改进了的列管式换热器已在工作中推广使用，获得了良好的经济效益。但是强化传热技术的推广也遇到以下一些难题：1．污垢热阻问题。当换热器流体介质不干净时，换热器的污垢热阻可能超过传热管内外两侧流体对流传热热阻，这时换热器总的传热阻较大。对传热管两侧流体实施强化传热虽可较大幅度地降低两侧流体的对流传热热阻，但换热器总的传热热阻却不能显著降低，因此强化传热的效果欠佳。为了减少污垢，改善换热器流道结构、减少流动死区、提高流体流速或选择合适的强化管型如缩放管等曲面较大的粗糙管等都是一些可参考的方法。如何降低污垢热阻，一直是强化传热技术在工业应用中需解决的重要问题。2．强化管换热器设计与制造的标准化问题。目前除少数几种强化管换热器已成系列生产外，大多数管壳式换热器使用强化传热技术仅限于个别场合。由于换热器的设计计算方法多种多样，未能建立一种较统一的标准；强化管的生产仅局限于小批量，也没有统一的规范，所以强化管换热器在工业中的普及难度较大。随着强化传热技术的发展，设计计算方法日趋成熟，建立系统的和规范化的换热器设计标准和强化管的制造标准已成为今后发展强化传热列管式换热器的重要方向。强化传热技术发展到今天，无论在理论与实验研究还是在工业化应用方面，都已积累了较丰富的经验，尤其是在各种强化传热管型的研究方面，人们已做了大量的工作。随着强化传热技术工业化应用的深入，可预期列管式换热器的强化传热今后的发展方向是：根据实际工业应用中各种介质与工况的要求，做好各类换热器的整体结构改进与内部结构优化配合；建立标准化系列化的强化管型与换热器结构；建立规范化的强化传热列管式换热器的设计标准。【参考文献】：1 Kalinin E K．Heat Exchangers Design and Theory Sourcebook，Scripta Book Company，1974，177～2052 Obermeir E，et al．Heat Transfer Conf．，Toronto，1978，2∶613～6173 Gee D L，et al．Int J．Heat Mass Transfer，1980，23∶1127～113664 林宗虎．强化传热及其工程应用．北京：机械工业出版社，19855 邓先和，等．化工学报，1991，42∶710～7186 Li H M，et al．Heat Transfer Proceedings，Washington，DC：Hemisphere Publishing Corp．1982，13(华南理工大学化工所邓先和教授撰) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。