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流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。
管壳式换热器由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：
①固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。
换热器性能
特点
1.节能，该换热器传热系数为6000-8000W/m2.0C。
2.全不锈钢制作，使用寿命长，可达20年以上。
3.改层流为湍流，提高了换热效率，降低了热阻。
4.换热速度快，耐高温（400℃），耐高压（2.5Mpa）。
5.结构紧凑，占地面积小，重量轻，安装方便，节约土建投资。
6.设计灵活，规格，实用针对性强，节约资金。
7.应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。
8.维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗方便。
9.采用纳米热膜技术，显著增大传热系数。
10.应用领域广阔，可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。
换热器中采用节能技术不仅能提高能源利用率,减少金属材料的消耗,而且对推进石油、化工、制药等行业的节能减排工作有着积极意义。介绍了常用管壳式换热器换热管强化传热技术和壳程强化传热方法,分析了各自的原理、优缺点及推荐使用场合。
为了研究纵向多螺旋流管壳式换热器壳程流体湍流流动与换热的工作机理,文中利用FLUENT软件,在壳程 流体流速设定值不断改变的情况下,对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与换热进行了三维数值模拟。得 到了多螺旋流管壳式换热器在不同的壳程流体流速下的温度场、速度场、质点迹线图、壳程传热膜系数分布图等。 根据模拟得到的结果,从多个方面对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与强化传热进行了探讨。模拟结果 与实验结果进行了比较,二者误差约在±11%以内,吻合良好。
应用计算流体力学模拟管壳式换热器无相变壳程流场,早是在1974年提出,但由于当时受到计算机与计算流体力学条件的限制,研究进展 缓慢[1]。20世纪80年代以来,换热器数值模拟研究才有了较快的开展。对于国内外换热器数值模 拟研究,采用二维研究的较多[2]。三维研究方面, 国内外学者也做了很多工作,特别是对复杂结构 的管壳式换热器换热性能数值模拟研究,国外较多学者采用复杂结构的换热管或者管程内插物来模拟研究其对流体流动与换热的影响,例如:螺旋 槽管、波纹管、内插螺旋纽带等。然而,国外和国 内的学者很少有人用数值模拟的方法去研究插入 物插入管壳式换热器壳程而不是管程时其对换热器综合换热性能的影响。
1.不同换热器管束支撑方案
管壳式换热器中的折流板同时起着支撑管束和 约束壳侧流体介质的流动通道的作用。初的折流 板形式为弓形,后来又衍生出其他类型。
1. 1弓形折流板换热器
流体在弓形折流板换热器壳侧的流动是沿反复曲折通道前行的,流动方向的周期性变化可以反复以横掠的姿态冲刷管束,提高流速,增大壳侧的换热系数[3]。弓形折流板换热器壳侧的流动状况如图1所示。
由于弓型折流板结构简单,制造、安装比较容易,因而应用普遍,但也存在一些弊端,如有流动 死区,沿程压降较大,容易积垢。由于在弓形折流板窗口处管束的支撑距离是中部管束的两倍,该区域 流体在完成180度转向过程中对管束产生更多的扰动力,在较高的质量流速下易诱导换热管的振动,从而成为换热管破坏的主要原因,缩短了换热器的使用寿命[4]。
