管殼式換熱器殼程的傳熱強化探討

李奇

摘要：本次研究以工業技術作為研究主題，選取與其節能技術密切相關的管殼式換熱器作為研究對象，探討管殼式換熱器殼程的傳熱強化問題。具體論述中結合當前管殼式換熱器的一般發展情況，對其殼程的強化傳熱技術進行簡要說明，然后從構成換熱器殼程的典型結構方面展開分析，并從物理性能與傳熱工作原理的角度進行細致討論。

關鍵詞：管殼式換熱器;殼程;傳熱強化;探討

現代工業受到能源供需的限制，由于全球范圍內均存在急劇增長的能源危機與生態危機，因此，在實際的現代工業轉型發展中，必然要求走可持續發展的道路，并將這種可持續的方式轉化到具體的節能減排方案之中，進而選擇一些有利于促進節能的技術研發與應用。以本次研究為例，傳熱技術在本質上是通過傳熱單位面積的擴大而達到節能目的，所以，在當前工業發展的大背景之下，有必要透過對強化傳熱技術的進一步研究，促進我國工業生產的效率，降低能源消耗率。

1、管殼式換熱器及其殼程的傳熱強化概述

在換熱器類型中，管殼式換熱器因其典型結構的比較優勢取得了主導性特征，經驗與統計數據分析結果表明，它的使用率占到整個換熱器總量的七成之多，因此，對其殼程的傳熱強化無疑對整個工業產業的效率提升與“節能降排”具有較大的現實意義。就目前而言，在提升傳熱效率方面，主要可以選擇兩條進路，一條是利用過程結構的固有特征，通過增強其流體湍流加以實現;比如，憑借組織手段的高效化，引導殼程流體流動，進而在速度矢量和熱流矢量夾角方面進行減小夾角處理等。另一條是通過對換熱元件一換熱管的優化加以實現，該方面的實際措施主要集中于對換熱管外表面的傳熱處理，具體就是利用換熱管本身的形態構造，從自支撐結構方面，對其相應的容積與面積關系進行換算，并借助其中的管式排列組合方式進行截面傳熱量的換算等。從現階段的應用普遍程度與節能效率觀察，在結構方面的典型改造，或者增強新型元器件，或者通過元器件的重新組織，均能夠在滿足基本傳熱機理的前提下，優化傳熱性能，從而在根本上實現管殼式換熱器性能提升，及其殼程的傳熱效果的強化。

2、管殼式換熱器殼程的傳熱強化分析

管殼式換熱器殼程的傳熱媒介主要以結構為主，因而可以根據不同的典型結構，針對眭的是上述兩種傳熱強化方案，以換熱管外表面傳熱強化為例，它主要集中表現在換熱管自支撐結構方面;而其它結構類型如空心環導流、螺旋折流板導流、板式導流與桿式導流等結構均與流體湍流相關，所以，在實際的分析中因篇幅限定，只對其中的部分結構進行說明。

2.1以換熱管外表面傳熱強化為例

在換熱管外表面傳熱強化方面，需要明確自支撐結構的基本特征，明晰其中外表面突出部分之間的相互支承關聯屬性。進而根據管子排列的松緊程度，進一步區分換熱面積與間距之間的關系，以此尋找強化路徑。比如，當換熱管中的管子排列相對密集時，換熱面積在單位體積內會獲得擴展;因此，管距小時，能夠有效的提升殼程流速，進而有減薄傳熱邊界。再如，傳熱管屬于管狀形態，當截面形狀發生變化時，就可以根據傳熱的一般特征，對管內與管外的流體傳熱效果起到一定的增強作用。在這個方面的具體實踐，應該以換熱管的自支撐結構基礎構架作為強化的機理，進而針對其中的不同表現形式進行對應的外表面傳熱強化，當前主要的表現形式包括了變截面管式、刺孔膜片式，以及兩類螺旋式，如螺旋扁管式與螺旋折流片式。結合日常傳熱強化實踐經驗，建議在換熱管同一結構不同表現形式方面進行具體的強化處理。

2.2以流體湍流增強傳熱強化為例

2.2.1旋流阿板導流結構中的傳熱強化

從構成方面觀察，旋流網板導流在本質上與空心環導流結構基本相似，其中的旋流片只是一小段金屬紐帶，軸像投影為圓弧，所以，實際的旋流片安裝位置在空心環的空間處所。換句話講，利用流體自旋流手段，可以有效的提升對流傳熱。具體而言，當旋流片上有流體經過時，就可以根據運動特征而發生旋流運動;但當其不流過或離開時，就會存在一定的間距，而在這個間距范圍內就可發生自旋流現象，實質上是自旋運動的繼續，因此，這種自旋流可以使流體在速度場與溫度場方面實現協同作用，進而達到傳熱效率提高的目標。根據現階段的一般實驗研究結果觀察，與空心環導流結構相比，旋流網板結構的傳熱與流體阻力綜合性能遠遠高于前者，根據最高限界值劃分，可以高出18%，因此，在硫酸工業方面的應用也能夠很好的實現效率提高。

2.2.2螺旋折流板導流結構中的傳熱強化

當折流板作為螺旋形狀進行形式表現時，它作用于流體，就能夠以引導的方式，使其沿中心作螺旋式流動，這樣，就能夠使殼體中心—殼體邊緣之間的速度梯度在流動速度的影響下，讓流體換熱管表面形成湍流，同時使其達到減薄效果，結果就能夠使傳熱效果得到顯著提升。與傳統的弓形折流板相比，流動死區被有效轉化為流動速度區，因而可以命名換熱器的功能特性獲得有效發揮，所以，從綜合性能方面觀察，螺旋折流板的性能優勢更強。但是，由于連續折流板存在加工方面的短板，所以為了有效的實現工業化推廣與普遍應用，就需要進行一些折流板形狀方面的處理，如利用1/4扇形折流板形式，就可以很好的將螺旋式形狀進行有效推進，確保它始終滿足沿殼體軸線方向推進的基本要求。另外，在該提升措施之下，還要注重它的應用范圍，這是由于“漏流”現象對于換熱器能力存在一定的限制，因而需要將它的使用限定在大流量方面，以此保障使用功能效果。結合當前的實驗研究與應用效果進行比較觀察，可以發現在螺旋折流板的同一條件限定下，換熱效果能夠比傳統弓形折流板提升近1.8倍之多，而且相應的會減少流動阻力，減阻力度至少達到25%。

3、結束語

現代社會的發展離不開工業技術的應用，而工業產業的繼續發展又不離開實際的節能減排技術，也就是說，需要對工業產業的各個環節實施一些技術性的優化配置，進而提升其生產效率，減少污染物排放率。結合以上分析可以認識到作為傳熱設備的管殼式換熱器在同類產品中具有突出的主導地位，因而應該以其固有的結構優勢，進一步加強性能優化與統計數據分析，從而使其中的傳熱強化功能得到最佳發揮。就目前而言，建議針對不同的結構類型，抓取其中的典型性與功能性，進而促進不同典型結構類型的專題化研究，為其進一步的優化應用提供科學路徑。