管壳式换热器壳程的传热强化探讨

李奇

摘要：本次研究以工业技术作为研究主题，选取与其节能技术密切相关的管壳式换热器作为研究对象，探讨管壳式换热器壳程的传热强化问题。具体论述中结合当前管壳式换热器的一般发展情况，对其壳程的强化传热技术进行简要说明，然后从构成换热器壳程的典型结构方面展开分析，并从物理性能与传热工作原理的角度进行细致讨论。

关键词：管壳式换热器;壳程;传热强化;探讨

现代工业受到能源供需的限制，由于全球范围内均存在急剧增长的能源危机与生态危机，因此，在实际的现代工业转型发展中，必然要求走可持续发展的道路，并将这种可持续的方式转化到具体的节能减排方案之中，进而选择一些有利于促进节能的技术研发与应用。以本次研究为例，传热技术在本质上是通过传热单位面积的扩大而达到节能目的，所以，在当前工业发展的大背景之下，有必要透过对强化传热技术的进一步研究，促进我国工业生产的效率，降低能源消耗率。

1、管壳式换热器及其壳程的传热强化概述

在换热器类型中，管壳式换热器因其典型结构的比较优势取得了主导性特征，经验与统计数据分析结果表明，它的使用率占到整个换热器总量的七成之多，因此，对其壳程的传热强化无疑对整个工业产业的效率提升与“节能降排”具有较大的现实意义。就目前而言，在提升传热效率方面，主要可以选择两条进路，一条是利用过程结构的固有特征，通过增强其流体湍流加以实现;比如，凭借组织手段的高效化，引导壳程流体流动，进而在速度矢量和热流矢量夹角方面进行减小夹角处理等。另一条是通过对换热元件一换热管的优化加以实现，该方面的实际措施主要集中于对换热管外表面的传热处理，具体就是利用换热管本身的形态构造，从自支撑结构方面，对其相应的容积与面积关系进行换算，并借助其中的管式排列组合方式进行截面传热量的换算等。从现阶段的应用普遍程度与节能效率观察，在结构方面的典型改造，或者增强新型元器件，或者通过元器件的重新组织，均能够在满足基本传热机理的前提下，优化传热性能，从而在根本上实现管壳式换热器性能提升，及其壳程的传热效果的强化。

2、管壳式换热器壳程的传热强化分析

管壳式换热器壳程的传热媒介主要以结构为主，因而可以根据不同的典型结构，针对眭的是上述两种传热强化方案，以换热管外表面传热强化为例，它主要集中表现在换热管自支撑结构方面;而其它结构类型如空心环导流、螺旋折流板导流、板式导流与杆式导流等结构均与流体湍流相关，所以，在实际的分析中因篇幅限定，只对其中的部分结构进行说明。

2.1以换热管外表面传热强化为例

在换热管外表面传热强化方面，需要明确自支撑结构的基本特征，明晰其中外表面突出部分之间的相互支承关联属性。进而根据管子排列的松紧程度，进一步区分换热面积与间距之间的关系，以此寻找强化路径。比如，当换热管中的管子排列相对密集时，换热面积在单位体积内会获得扩展;因此，管距小时，能够有效的提升壳程流速，进而有减薄传热边界。再如，传热管属于管状形态，当截面形状发生变化时，就可以根据传热的一般特征，对管内与管外的流体传热效果起到一定的增强作用。在这个方面的具体实践，应该以换热管的自支撑结构基础构架作为强化的机理，进而针对其中的不同表现形式进行对应的外表面传热强化，当前主要的表现形式包括了变截面管式、刺孔膜片式，以及两类螺旋式，如螺旋扁管式与螺旋折流片式。结合日常传热强化实践经验，建议在换热管同一结构不同表现形式方面进行具体的强化处理。

2.2以流体湍流增强传热强化为例

2.2.1旋流阿板导流结构中的传热强化

从构成方面观察，旋流网板导流在本质上与空心环导流结构基本相似，其中的旋流片只是一小段金属纽带，轴像投影为圆弧，所以，实际的旋流片安装位置在空心环的空间处所。换句话讲，利用流体自旋流手段，可以有效的提升对流传热。具体而言，当旋流片上有流體经过时，就可以根据运动特征而发生旋流运动;但当其不流过或离开时，就会存在一定的间距，而在这个间距范围内就可发生自旋流现象，实质上是自旋运动的继续，因此，这种自旋流可以使流体在速度场与温度场方面实现协同作用，进而达到传热效率提高的目标。根据现阶段的一般实验研究结果观察，与空心环导流结构相比，旋流网板结构的传热与流体阻力综合性能远远高于前者，根据最高限界值划分，可以高出18%，因此，在硫酸工业方面的应用也能够很好的实现效率提高。

2.2.2螺旋折流板导流结构中的传热强化

当折流板作为螺旋形状进行形式表现时，它作用于流体，就能够以引导的方式，使其沿中心作螺旋式流动，这样，就能够使壳体中心—壳体边缘之间的速度梯度在流动速度的影响下，让流体换热管表面形成湍流，同时使其达到减薄效果，结果就能够使传热效果得到显著提升。与传统的弓形折流板相比，流动死区被有效转化为流动速度区，因而可以命名换热器的功能特性获得有效发挥，所以，从综合性能方面观察，螺旋折流板的性能优势更强。但是，由于连续折流板存在加工方面的短板，所以为了有效的实现工业化推广与普遍应用，就需要进行一些折流板形状方面的处理，如利用1/4扇形折流板形式，就可以很好的将螺旋式形状进行有效推进，确保它始终满足沿壳体轴线方向推进的基本要求。另外，在该提升措施之下，还要注重它的应用范围，这是由于“漏流”现象对于换热器能力存在一定的限制，因而需要将它的使用限定在大流量方面，以此保障使用功能效果。结合当前的实验研究与应用效果进行比较观察，可以发现在螺旋折流板的同一条件限定下，换热效果能够比传统弓形折流板提升近1.8倍之多，而且相应的会减少流动阻力，减阻力度至少达到25%。

3、结束语

现代社会的发展离不开工业技术的应用，而工业产业的继续发展又不离开实际的节能减排技术，也就是说，需要对工业产业的各个环节实施一些技术性的优化配置，进而提升其生产效率，减少污染物排放率。结合以上分析可以认识到作为传热设备的管壳式换热器在同类产品中具有突出的主导地位，因而应该以其固有的结构优势，进一步加强性能优化与统计数据分析，从而使其中的传热强化功能得到最佳发挥。就目前而言，建议针对不同的结构类型，抓取其中的典型性与功能性，进而促进不同典型结构类型的专题化研究，为其进一步的优化应用提供科学路径。