②浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動,完全消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣,但結構比較復雜,造價較高。
③ U型管式換熱器 每根換熱管皆彎成U形,兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū),借助于管箱內(nèi)的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力,結構比浮頭式簡單,但管程不易清洗。
④渦流熱膜換熱器渦流熱膜換熱器的渦流熱膜傳熱技術,通過改變流體運動狀態(tài)來增加傳熱效果,當介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時,強力沖刷管子表面,從而提高換熱效率。高可達10000W/m2℃。同時這種結構實現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式,在換熱管表面形成繞流,對流換熱系數(shù)降低。
換熱器性能
特點
1.節(jié)能,該換熱器傳熱系數(shù)為6000-8000W/m2.0C。
2.全不銹鋼制作,使用壽命長,可達20年以上。
3.改層流為湍流,提高了換熱效率,降低了熱阻。
4.換熱速度快,耐高溫(400℃),耐高壓(2.5Mpa)。
5.結構緊湊,占地面積小,重量輕,安裝方便,節(jié)約土建投資。
6.設計靈活,規(guī)格,實用針對性強,節(jié)約資金。
7.應用條件廣泛,適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質(zhì)熱交換。
8.維護費用低,易操作,清垢周期長,清洗方便。
9.采用納米熱膜技術,顯著增大傳熱系數(shù)。
10.應用領域廣闊,可廣泛用于熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫(yī)藥、能源電子、機械輕工等領域。
換熱器中采用節(jié)能技術不僅能提高能源利用率,減少金屬材料的消耗,而且對推進石油、化工、制藥等行業(yè)的節(jié)能減排工作有著積極意義。介紹了常用管殼式換熱器換熱管強化傳熱技術和殼程強化傳熱方法,分析了各自的原理、優(yōu)缺點及推薦使用場合。
殼程換熱管之間插入螺旋扭片,螺旋扭片的?插入可以有效地改變殼程流體的流動形式,使殼?程流體產(chǎn)生多股自螺旋流的復雜流動形態(tài)[3],有?效提高換熱管束壁面的流體速度,實現(xiàn)不同殼體?半徑處流體的充分混合,從而達到強化傳熱的目?的。本文利用FLUENT軟件對這種新型縱向多?螺旋流管殼式換熱器的殼程湍流流動及換熱進?行了三維數(shù)值模擬,根據(jù)模擬結果并對這種利用?螺旋扭片強化換熱器殼程流體換熱的機理進行?了有益的探討。
1.不同換熱器管束支撐方案
????管殼式換熱器中的折流板同時起著支撐管束和?約束殼側(cè)流體介質(zhì)的流動通道的作用。初的折流?板形式為弓形,后來又衍生出其他類型。
????1.?1弓形折流板換熱器
????流體在弓形折流板換熱器殼側(cè)的流動是沿反復曲折通道前行的,流動方向的周期性變化可以反復以橫掠的姿態(tài)沖刷管束,提高流速,增大殼側(cè)的換熱系數(shù)[3]。弓形折流板換熱器殼側(cè)的流動狀況如圖1所示。
????由于弓型折流板結構簡單,制造、安裝比較容易,因而應用普遍,但也存在一些弊端,如有流動?死區(qū),沿程壓降較大,容易積垢。由于在弓形折流板窗口處管束的支撐距離是中部管束的兩倍,該區(qū)域?流體在完成180度轉(zhuǎn)向過程中對管束產(chǎn)生更多的擾動力,在較高的質(zhì)量流速下易誘導換熱管的振動,從而成為換熱管破壞的主要原因,縮短了換熱器的使用壽命[4]。
管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板(擋板)和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形,內(nèi)部裝有管束,管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體,一種在管內(nèi)流動,稱為管程流體;另一種在管外流動,稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù),通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度,迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束,增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊,管外流體湍動程度高,傳熱分系數(shù)大;正方形排列則管外清洗方便,適用于易結垢的流體。
流體每通過管束一次稱為一個管程;每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設置隔板,將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子,因而在管束中往返多次,這稱為多管程。同樣,為提高管外流速,也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板,迫使流體多次通過殼體空間,稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。
管殼式換熱器由于管內(nèi)外流體的溫度不同,因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大,換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應力,導致管子彎曲、斷裂,或從管板上拉脫。因此,當管束與殼體溫度差超過50℃時,需采取適當補償措施,以消除或減少熱應力。根據(jù)所采用的補償措施,管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型:
①固定管板式換熱器管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體,結構簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時,可在殼體上安裝有彈性的補償圈,以減小熱應力。
②浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動,完全消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣,但結構比較復雜,造價較高。
③?U型管式換熱器?每根換熱管皆彎成U形,兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū),借助于管箱內(nèi)的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力,結構比浮頭式簡單,但管程不易清洗。
④渦流熱膜換熱器渦流熱膜換熱器采用新的渦流熱膜傳熱技術,通過改變流體運動狀態(tài)來增加傳熱效果,當介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時,強力沖刷管子表面,從而提高換熱效率。高可達10000W/m2℃。同時這種結構實現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式,在換熱管表面形成繞流,對流換熱系數(shù)降低。