第 38卷 第 9期 2004年 9月 西 安 交 通 大 学 学 报 JOURNA L OF XI ′ AN J IAOT ONG UNIVERSITY Vol. 38 № 9 Sep. 2004
螺旋折流板管壳式换热器壳程传热强化研究进展 王秋旺
(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室 , 710049, 西安
摘要 :在介绍螺旋折流板管壳式换热器的结构及原理的基础上 , 对壳程传热强化及阻力特性的研究现状进 行了总结 , 分析了壳侧流体的流动和换热机理 , 表明螺旋折流板结构是改善壳侧流动换热性能的有效措施 . 与弓型折流板换热器相比 , 螺旋折流板换热器的最大特点是单位压降下的壳侧换热系数高 . 结合具体实例介 绍了其在石油化工 、 能源动力及核能应用等行业中的应用前景 . 关于螺旋折流板换热器 , 还有许多问题需要 进一步研究 , 如流动换热的机理以及影响流动换热机理的几何因素 、 相变情形 、 介质物性等 .
关键词 :螺旋折流板 ; 管壳式换热器 ; 壳程强化
中图分类号 :TK 124 文献标识码 :A 文章编号 :0253-987X (2004 09-0881-06
Current Status and Development of Shell 2Side H eat Transfer E nhancement of Shell 2and 2Tube H eat Exchangers with H elical B affles
Wang Qiuwang
(S tate K ey Laboratory of Multiphase Flow in P ower Engineering , X i ′ an Jiaotong University , X i ′ an 710049, China
Abstract :Helical baffles are em ployed increasingly to im prove the shell 2side heat trans fer performance for shell 2and 2tube heat exchanger in recent years. In the present w ork , the current status and development of shell 2and 2tube heat exchangers with helical baffles are reviewed. The flow and heat trans fer characteristics as well as heat trans fer enhancement tech 2 niques of shell 2side of this kind of heat exchangers , are discussed in detail. C om pared to the conventional segmental 2baf 2 fle heat exchanger , the helical 2baffle heat exchanger has relatively higher heat trans fer coefficients under the identical pressure drop. And the applied prospects in fields of petrochemical engineering , energy and power engineering and nu 2 clear engineering are described with the aid of a practical case. The expected aspects of further investigations are als o put forward , such as flow and heat trans fer mechanism , effects of baffle geometry , phase change and thermal properties of fluid , etc.
K eyw ords :helical ba f les ; shell 2and 2tube heat exchanger ; shell 2side enhancement techniques
管壳式换热器由于具有应用范围广 、 结构简单 、 造价低廉 、 清洗方便等优点而在石油 、 化工 、 炼油 、 核 能利用等领域占据着重要地位 [1-3]. 由于壳侧流体 流动方向改变频繁 , 且存在漏流等现象 , 因此壳侧流 动与换热是这种换热器的瓶颈所在 [4]. 弓型折流板 换热器是最普遍应用的一种传统管壳式换热器 , 但 它的弊端在于 [4,5]:沿程压降较大 ; 易出现流动死 区 、 旁流和漏流 , 且容易积垢 ; 较高的质量流速易诱 导换热管的振动 , 缩短了寿命 . 弓型折流板换热器壳 侧流体流动示意图如图 1所示 , 针对其壳侧流动的 缺点 , 人们提出了螺旋折流板换热器的概念 (图 2 , 并于 20世纪 90年代初由 ABB 公司开发出系列产 品 , 在实际应用中取得了良好的效果 , 尤其对于高粘 度流体效果更加突出 [6,7]. 国内外近年来对这种换热 器进行了一些研发工作 [7-17]. 本文将试图对这种换 热器的研究现状进行讨论 , 并指出可进一步开展的研
收稿日期 :2004-02-11. 作者简介 :王秋旺 (1969~ , 男 , 教授 , 博士生导师 . 基金项目 :国防科技重点实验室基金资 助项目 (51482100204JW0801 .
究方向 .
图 1
弓型折流板换热器壳侧流动示意图
图 2 螺旋折流板换热器示意图 1 螺旋折流板换热器基本原理及折流 板形式
螺旋折流板换热器的提出基于这样一种思想 :
通过改变壳侧折流板的布置 , 使壳侧流体呈连续的 螺旋状流动 . 因此 , 理想的折流板布置应该为连续的 螺旋曲面 . 但是 , 螺旋曲面加工困难 , 而且换热管与 折流板的配合也较难实现 . 考虑到加工上的方便 , 采 用一系列的扇形平面板 (称之为螺旋折流板 替代曲 面相间连接 , 在壳侧形成近似螺旋面 , 使壳侧流体产 生近似连续螺旋状流动 . 一般来说 , 出于加工方面的 考虑 , 一个螺距取 2~4块折流板 , 相邻折