半水煤气变换气换热器设计开题报告(2)
进入80年代以来，由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注，特别是近年来，能源与材料费用的不断增长极大地推动了对高效节能换热器的研究，作为一种节能设备，换热器不仅是保证加工过程正常运转不可缺少的设备，而且就金属消耗、动力消耗和投资来说其在整个工程中所占有比例很大。目前，节能减排已成为我国“十二五”期间重要战略的举措，高效节能换热器的研究也成为当今地下换热领域研究的热点[7]。
在国外，对换热器设备也做了许多研究工作，从它的传热机理到制造工艺，都有专门的机构从事相关工作。如美国早在1962年发起组建了美国传热研究公司（Heat Transfer Research Inc.），其目的就是为了集中人力和物力来从事传热学理论和换热器方面的科研技术合作。其它如英国也在1967年底正式建立“传热与流体流动服务处”（HTFS），从事这方而的研究工作。他们的研究成果，已经显著地提高了换热设备各设计的准确性、可靠性和速度。
近年来，采用电子计算机进行换热器的设计，得到了普遍重视和发展，同时也把它应用于换热器网络的最佳化设计。而且有许多壳管式换热器的设计的手册可参阅。包括由Schlunder，Hewitt，Saunders以及Shah and Sekulic编辑的汇编。这些参考资料被认为是很好的换热器的设计信息来源，特别是对壳管式换热器。
美国在这方面发展较快，他们所发展的一种广泛的计算机设计程序，可以用来计算按照美国和英国规范所设计的管壳式换热器的所有部件，并可进行最佳化设计换热管[9]。
相比于国外，国内对于换热器的研究起步比较晚、经验比较少。存在着换热器的理论体系系统性缺乏，基于三文的换热器模型的研究过少，以及对同一个研究方向的某些问题的研究结论存在的分歧较多等缺点。但是国内对各因素对换热器性能影响的研究还比较全面，因此对换热器的发展还是很有潜力的。期待着大家取长补短，使换热器有更进一步的发展。
3.2 管程结构的发展
50多年来，国内外对管壳式换热器的强化传热进行了大量研究，在管程方面，为了提高传热系数，对于传热元件，先后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、三文内肋管、菱形翅片管、花瓣形翅片管、T型翅片管、表面多孔管等。
3.2.1螺纹传热管
螺纹管一般是由钢管经环向滚压轧制而成的整体低翅片管，其螺纹状的低翅片与管子构成一体，外表面是螺旋形的凹槽，内表面是螺旋形的凸起。也可以车削光管外壁加工成螺纹状，但管内结构不变。当流体在螺纹管内流动时，内表面螺旋形的凸起使过渡区的层流在凸起的地方形成纵向涡流，该涡流使凸起部位的层流介质产生周期性的扰动，引起边界层中流体质点的扰动，变成紊乱的湍流状态。当流体流经下一个凸起部位时又产生新的涡流，且该涡流流动方向始终垂壹于层流介质的流动方向，这就使得过渡区的流动状态得以改变，热阻变小，传热速率提高。当流体流经管外壁时，受管外壁上螺旋形凹槽的引导，靠近壁面的部分流体顺着槽旋转，另一部分流体顺壁面沿轴向运动，也会产生一个纵向涡流且方向始终垂直予层流流动方向，使层流层受扰而变成湍流状态，使层流边界层不断更新，热阻变小，提高了传热速率，起到了强化传热的作用[11]。
3.1 螺纹管结构图
3.2.2波纹传热管
波纹管是近10年出现的强化换热管，是将光管加工成波纹形状的翘片，其结构如图所示，其强化传热机理是：通过改变断面使弧形段内壁处发生两次反向扰动，增加对管内流体的扰动，扩大低热阻区域，以提高传热系数，增强传热效果。具有不易结垢，单位容积传热面积大，耐腐蚀性强，温差应力小等优点[12]。20世纪90年代初，我国第一台波纹管换热器研制成功，提高了经济效益。
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