废热回收器国内外研究现状和发展趋势(2)
图1 螺旋折流板换热器
3.2 国内技术差距
尽管我国在部分重要换热器产品领域获得了突破，但我国换热器技术基础研究仍然薄弱[9]。在换热器制造上，我国目前还以仿制为主，虽然在整体制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片压制方面与发达国家还有一定的差距。在设计标准上，我国换热器设计标准和技术较为滞后。目前，我国的管壳式换热器标准的最大产品直径还仅停留在米，而随着石油化工领域的大型化要求，目前对管壳式换热器直径已经达到4.5米甚至5米，超出了我国换热器设计标准范围，使得我国换热器设计企业不得不按照美国TEMA标准设计[10]。更为严重的是，我国在大型专业化换热器设计软件方面严重滞后。目前我国在换热器设计过程中还不能实现虚拟制造、仿真制造，缺乏自主知识产权的大型专业计算软件。
3.3 国外换热器发展主要方向
近期国内外发展方向为：
(1) 非金属材料应用。
非金属材料在一定的范围内具有金属材料不可比拟的优点。石墨材料具有优良的导电、导热性能,较高的化学稳定性和良好的机加工性,氟塑料具有特别优良的耐腐蚀性。氟塑料耐腐蚀性能极强,并且与金属材料相比还具有成本上的优势。复合材料如搪瓷玻璃具有优良的耐腐蚀性能、良好的耐磨性、电绝缘性以及表面光滑不易粘附物料等优点,已经用于制作换热产品。陶瓷材料因其优异的耐腐蚀性、耐高温性能而引起工业界的高度重视,已经在换热产品的制造中得到应用。
(2) 计算流体力学和模型化设计的应用。
在换热器的热流分析中,引入计算机技术,对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前基于计算机技术的热流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直接模拟仿真,以及对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在此基础上,在换热器的模型设计和设计开发中,利用CFD的分析结果和相对应的模型实验数据,使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计。
(3) 加强实验和理论研究。
采用先进的测量仪器来精确测量换热器的流场分布和温度场分布,并结合分析计算,进一步摸清不同结构的强化传热机理。采用数值模拟方法对换热器内流体流动和传热过程进行研究,预测各种结构对流场及及传热过程的影响。
(4) 有源技术研究。
如利用振动、电场方法强化传热的机理研究、试验研究,给出对比试验数据,提出理论计算模型。
(5) 强化结构组合研究。
为达到管壳程同时强化的目的,强化结构组合研究将成为近期传热强化技术研究的发展方向。
3.4 国内外新型换热器
(1) 可拆式板式换热器
近20 年来由于结构的改进,密封垫片材料和密封槽结构型式的发展, 板片大型化制造技术的提高,板式换热器应用范围已经十分广泛。英国APV公司制造的单片最大面积为4175m2,单台换热面积可达2500m2, 单台最大容板量为700片。垫片与板片的连接固定方法如A-Laval公司的按扣式垫片,垫片直接扣压在板片上。GEA公司的板片,板片槽口上窄底宽呈梯形, 垫片与板片槽过盈配合将垫片压紧。开发无粘接剂连接垫片的技术, 使板式换热器安装和文修的时间节约80%。我国板式换热器在80年代得到较大的发展,继四平板式换热器总厂、天津板式换热器厂开发单片面积2m2后, 1992年邯郸板式换热器工贸公司试制成功国内最大的300MN板片专用压机,单片面积已达217m2。