稀氨水吸收器的设计开题报告(2)
（1）对于传热面形状改变的方法有很多，针对于无相变强化传热的有开发出偏置折边翅片管（一种间断翅片管）和螺旋扁（麻花管），这原是瑞士的Allares公司技术，后经布朗公司改进，是一种高效换热元件。而用于有相变强化传热的强化沸腾传热管有烧结多孔表面管、机械加工的多孔表面管（如日本的Themoexcel-E管）等。还有内螺旋翅片管（NL管）是美国开发的一种高效强化管内相变传热元件，根据翅片形状不同，可分为三角肋、梯形肋和矩形肋等，用于沸腾传热。
（2）针对于另外一条强化换热为流路湍流增进器与管内插入物，其中增进器是在传热面附近设置一个小物体，最常见的是在传热面上等设置突起物，通过搅乱流动来达到强化传热的目的。对于管内插入物有纽带、螺旋片等，而近年国外又开发出一种称之为Hitran Matrix Elements的花环式插入物，它是一种金属丝制翅片管子插入件，能增加湍流，改善传热性能。它是英国Cal Garin Ltd公司的产品，并已取得专利权。
3.2 换热结构设计方面的研究
3.2.1管束支撑结构的发展
管束支撑是管壳式换热器壳程中的扰流元件，直接影响壳程的流体流动和传热性能，因而是提高壳程传热系数的关键部件[10]。另外，管壳式换热器因壳程的支撑结构不同， 其壳程流体流动形态和传热性能也不同。一般可用FLUENT软件应用到管壳式换热器壳程流体数值模拟，并为其他壳程支撑结构的研究提供一定的理论依据[11]。
（1）折流杆支撑结构：为解决管束的振动问题，国外先开发了折流杆换热器，国内的一些单位也由此开发设计出了适应工程的杆式支承结构，而且国内外还开发出了许多新型的管束支撑结构来代替传统的弓形折流板支撑结构。华东理工大学严良文等已经开发出了折流曲杆专利结构，如图3.1所示。折流杆的强化传热机理体现在流体流进折流杆后产生的漩涡脱落和流经折流圈时的文丘里效应。
图3.1折流曲杆及其组合结构
（2）整圆形孔板支撑结构：用不同形状孔的整圆形折流板代替传统的弓形折流板，使壳程流体流动由横向改变为平行于管束的纵向流动，这样可以消除流体滞留死区，可提高壳程流体流速和换热效果。其在换热器传热效率方面能有效的堵塞壳程中管束与壳体间的缝隙，从而有效阻止流体在缝隙中的无效流动；壳程流体从孔板开孔处穿过，孔板的节流作用能让流体产生波动和二次流从而加剧湍流，有效的提高传热效率。常见的孔板结构形式如图3.2。
图3.2整圆形孔板的结构形式
（3）螺旋折流板支撑结构：Helix-exchanger换热器， 采用了螺旋状折流板结构， 设计原理是： 将圆截面的特制板安装在拟螺旋状折流系统中。每块折流板占换热器壳程中横剖面的1/4， 其倾角朝向换热器的轴线， 即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接， 与外圆处成连续螺旋状， 折流板轴向重叠[12]。螺旋折流板见图3.3。如欲减少支撑管子的跨度时， 也可以采用双螺旋设计。螺旋折流板基本消除了弓形折流板的返混现象，提高了有效传热温差；螺旋通道内的柱状流的速度梯度影响了边界层的形成，使传热系数有较大的增加。
图3.3 螺旋折流板示意图
3.2.2 强化换热管的研究
改变管壳式换热器换热管的形式，就能使换热管的传热系数、传热面积和对数平均温度等参数发生改变，也就能改变换热器的传热量，如能发挥换热管的最大换热效率，就能实现节能减排。对换热管的研究有以下几种：（1） 螺旋槽管：是一种管壁上具有外凸和内凸的异形管，管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数，起到双边强化的作用。根据在光管表面加工螺旋槽的类型螺旋槽管有单头和多头之分，其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角B[13]。美闰、英国、日本从1970年至1980年间对螺旋槽管进行了大量的研究。华南理工大学、北京理工大学和重庆大学也对螺旋槽管进行验研究， 而日都取得显著的成效。此外，研究还表明单头螺旋槽管比多头螺旋槽管的性能好。螺旋槽管示意图见图3.4。（2）横纹管：是一种用普通圆管作毛坯，在管外壁经过简单滚扎出与轴线垂直的凹槽，同时在管内形成一圈突起的环肋。横纹管主要是用于强化管内单相流体的传热，华南理工大学经研究发现，在相同流速下，横纹管流阻比单头螺旋槽管的小。横纹管示意图见图3.5。（3）内翅片管：是采用特殊焊接工艺和设备加工而成，流体在管内的换热过程为单相强制对流换热。其特点是通过在传热管管内扩大传热面积、强化管内传热的途径来提高传热性能。八十年代处，日立电缆有限公司研究表明，采用左右错式的螺旋内翅片管强化单相传热可以使管内给热系数提高到光管的2.8倍左右。内翅片管示意图见图3.6。
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