焦炉气再预热器的设计开题报告(3)
3.4 换热器强化换热
根据强化传热理论，在管的两侧范围内，需要增大传热系数较小的一侧才能有效改进总传热系数。由于无法确定所有工况下，需要增大管内或管外的传热系数以得到最高的总传热系数，因此，强化传热理论在工程中的应用不是单一的模式，而是呈现出3种趋势，即对管内、管外、管束整体的强化传热。无论是那种类型的强化传热结构，都已经细化出许多更新型类，且其适用的工作环境和强化效果各异[16]。
3.4.1 壳程强化换热
（1）板式支撑结构：①多弓形折流板是在单弓形基础上增加切口面积，使壳程纵向流流动增大，从而克服了单弓形折流板急剧回转流动造成的管束振动和压降大的缺点。②整圆形孔板将开有不同形状的整圆形折流板代替传统的弓形折流板，这种结构不易结垢，传热得到了强化。整圆形折流板主要包括大小圆孔折流板。（2）折流杆式支撑结构折流杆式结构是由2个横栅和2个纵栅组成的折流栅组成。这种结构只适用于大流量的情况，为了发挥其优势，胡明辅等在原有析折流杆换热器的壳程加装纵向隔壁，使其成为双壳程折流杆式支撑，壳程的流速提高了一倍，换热系数提高了74%左右，为折流杆换热器的大规模使用打下了技术基础。（3）空心环支撑结构空心环支撑是由华南理工大学传热强化与过程节能重点实验室邓先和等发明，是由直径较小的钢管截成短节，均匀分布在换热管之间的同一截面上，呈线性接触。用这种结构代替折流板，能降低35－50%的换热器钢材消耗量，使气体压降减少30－40%，目前已成功应用于硫酸工业与石化工业。（4）自支撑结构为简化管束支撑，使换热器更加紧凑，近年来开发出了剌孔膜片管，螺旋椭圆扁管和变截面管等自支撑结构，管子自支撑的共同特点是靠管子自身变形的突出部位相互支撑，无需其它支撑物。随着研究的深入，出现了新型的管束自支撑结构，如江楠提出了将太阳棒针翘管或钉头管与变截面混合管束支撑有机结合在一起的管束自支撑结构[17]。
3.4.2 管程强化换热
高效强化传热管的研究一直是传热领域最活跃和最有生命力的重要研究课题[18]。内外对管壳式换热器传热元件的强化传热研制出多种强化传热管如螺旋槽管、横纹槽管、波纹管、缩放管、菱形翅片管、花瓣形翅片管、T型翅片管、表面多孔管等。（1）螺旋槽管[19]：螺旋槽管有单头和多头之分，考虑到传热效果和阻力等因素的综合影响，工程上一般采用单头螺旋槽管。螺旋槽管的强化传热机理是：产生的边界层分离流使传热边界破坏。研究表明，采用小导程、浅槽深、大螺旋角的螺旋槽管效果较好。（2）横纹槽管[20]：横纹槽管的外表面是一圈圈有序的环形凹槽，内表面相应成为一圈圈有序的凸槽。横纹槽管的强化传热机理是:当流体流通过环肋时在管壁形成了轴向涡流，增加了流体边界层的扰动，使边界层分离，从而使传热得到强化。当涡流即将消失时，流体又流经下一个环肋，因此不断地产生轴向涡流，保持了连续稳定的强化作用。由于涡流主要在管内壁附近形成，对流体主体的影响较小，所以不会使流体主体损耗太多的能量。横纹槽管优于螺旋槽管。（3）波纹管：波纹管在强化换热管领域占有重要地位。波纹管强化传热机理是:用改变断面的方式使弧形段内壁处发生两次反向扰动，从而破坏边界层热阻层，扩大低热阻区域，使得传热系数有明显提。（4）缩放管：缩放管是由多节交替的收缩段与扩张段构成的波形管道。缩放管强化传热的机理是:在扩张段流体速度降低，静压增大；在收缩段流体速度增加，静压减小；流体在方向反复改变的轴向压力梯度作用下流动。在扩张段，流体产生剧烈的游涡，并在收缩段中得到有效的利用且冲刷了流体的边界层，使边界层减薄，从而强化了传热。（5）翅片管：菱形翅片管轧制而成，翅片为三文结构，具有较好的冷凝传热效果。花瓣形翅片管的强化传热的机理包括两方面:一是花瓣形翅片增加了换热面积，提高了传热负荷；二是间断的翅片反复地激发传热边界层的湍流度，使传热滞流底层减薄或断裂从而起到强化传热效果[21]。
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