摘要　對螺旋折流板換熱器和傳統(tǒng)的弓形折流板換熱器進(jìn)行了殼程傳熱性能和殼程的阻力的對比,同時通過實驗方法對30°、40°螺旋角的螺旋折流板換熱器進(jìn)行了殼程傳熱性能和殼程阻力的研究,得出螺旋折流板換熱器的螺旋流動強(qiáng)化了傳熱,螺旋折流板換熱器的殼程阻力比弓形折流板換熱器的小。
    關(guān)鍵詞　弓形折流板　螺旋折流板　螺旋流　傳熱系數(shù)
　　目前,我國石化、電力等行業(yè)工藝流程中應(yīng)用的冷換設(shè)備多數(shù)為管殼式換熱器,在各種換熱設(shè)備中占據(jù)著主導(dǎo)地位。由于在役的管殼式換熱器大多為傳統(tǒng)的垂直弓板換熱器,換熱效率比較低,因此,提高設(shè)備的換熱效率、降低壓力降成為冷換設(shè)備技術(shù)進(jìn)步面臨的主要問題。
    為了提高換熱效率,人們在應(yīng)用強(qiáng)化異形管上做了很多嘗試。異形管確實起到了改善管內(nèi)流體流動形態(tài)、提高膜傳熱系數(shù)的效果,但由于總的傳熱系數(shù)是由于管內(nèi)膜傳熱系數(shù)、管外膜傳熱系數(shù)、管壁導(dǎo)熱系數(shù)及污垢熱阻等因素組成,當(dāng)影響管外膜傳熱系數(shù)熱阻成為控制熱阻時,僅改善管內(nèi)傳熱條件是沒有多大意義的。只有同時減少管外熱阻、提高管外膜傳熱系數(shù),才能真正提高整臺換熱器的換熱效率。為此,美國菲力浦公司首先推出了折流桿列式換熱器。折流桿折流結(jié)構(gòu)突破了垂直弓板折流結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的介質(zhì)橫向流流動方式,采用縱向流流動方式,降低了壓力降,而且由于折流桿的插入,流體形成卡門渦街,增加了介質(zhì)擾動形成紊流,提高了殼程的膜系數(shù)。但是折流桿換熱器有一定的局限性,即當(dāng)殼程介質(zhì)粘度較大時無法形成渦街。殼程流體被限制在流層狀態(tài),膜傳熱系數(shù)顯著降低,因此,在原油換熱、渣油換熱等系統(tǒng)不適合用這種換熱器。
    1弓形折流板與螺旋折流板換熱器的比較
　　弓型折流板換熱器中,弓型折流板使流體橫向沖刷管束,提高了殼側(cè)流體的換熱能力,但是,由于流體在接近殼體壁面處的突然轉(zhuǎn)向使能量損耗迅速增大造成殼側(cè)的沿程壓力降的增大,另外,由于折流板與殼體之間的旁流和換熱管與折流板之間漏流及死區(qū)的存在（如圖1）,使其殼側(cè)流動特性的缺點十分明顯。螺旋折流板換熱器正是針對弓型折流板換熱器殼側(cè)流動的缺點提出的,通過改變殼側(cè)折流板的布置,使殼側(cè)流體呈連續(xù)的螺旋狀流動。因此,理想的折流板布置應(yīng)該為連續(xù)的螺旋曲面。但是,螺旋曲面加工比較困難,而且換熱管與折流板的配合也比較難實現(xiàn)。考慮到加工上的方便,采用一系列的扇形平面板（稱之為螺旋折流板）替代區(qū)面相間連接,在殼側(cè)形成近似螺旋面,使殼側(cè)流體產(chǎn)生近似連續(xù)螺旋狀流動。在螺旋折流板換熱器中（如圖2）,流體在殼側(cè)的流動方向是連續(xù)變化的。不存在突然轉(zhuǎn)向的流動,極大的降低了流動阻力。流體與換熱管有一螺旋傾角流體螺旋狀的繞過換熱管束,不僅流動阻力小,而且不存在滯死區(qū),流動特性的優(yōu)點是顯而易見的。

   2試驗
   2.1　試驗主要設(shè)備及儀器
　　本次實驗對殼層直徑為φ273ｍｍ×3ｍｍ,2臺換熱器芯組都是44根兩管程長2498ｍｍ,φ19ｍｍ×2.0ｍｍ換熱管排成,30°、40°螺旋角的螺旋折流板換熱器芯組進(jìn)行傳熱性能及壓降的研究。試驗在我校的換熱性能綜合測試實驗臺上進(jìn)行,主要測試儀表、設(shè)備為:測溫:精密溫度計,分度0 1℃,量程0～50℃和0～100℃;測壓:Ｕ型管壓差計;流量計:ＬＺＢ一100轉(zhuǎn)子流量計并聯(lián),量程8～50ｍ3/ｈ;因為油的粘度較大,本試驗設(shè)計為:管程走水ρ=998.2ｋｇ/ｍ3,流量定值為18ｍ3/ｈ:殼程走油,密度ρ=836ｋｇ/ｍ3。
  2.2　實驗流程
    本裝置主要包括兩個回路、四個部分。兩個回路為:換熱系統(tǒng)的管程部分和殼程部分。冷流體走殼程,熱流體走管程。實驗時分別測試水水換熱和水油換熱兩組實驗。水,四個部分包括:①冷水的儲罐;②熱水的儲罐及加熱系統(tǒng);③熱油的儲罐及加熱部分;④循環(huán)動力系統(tǒng)。