探析多种新型管壳式换热器的壳程传热强化问题研究

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1、华南理工大学博士学位论文多种新型管壳式换热器的壳程传热强化问题研究姓名：赵晓曦申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：邓先和20030501摘要研究管壳式换热器壳程的强化传热问题对于提高换热器的用能效率和降低工业部门的能耗具有重要意义。近二十多年来，国内外管壳式换热器的强化传热技术己获褥了较大的发展，其中可分为两大发展方向，～是强化传热管的发展，二是壳程结构的发展。就强化传热管而言，目前国内外己研制开发出的各类强化传热管有数十种之多，例如各类变径异形管及各类翅片管等。壳程结构的发展方面，有在传统弓形板的基础上

2、进行改进的结构形式，如在弓形板之间加一块或多块平行流分隔板等，也有螺旋折流板、空心环网板、折流栅板等新型的结构形式。各种强化传热技术的不断问世极大地提高了传统管壳式换热器的传热与流阻性能，其中部分还处于理论研究或实验室研究阶段，部分研究成果已经成功地应用于工业系统中，取得了良好的节能降耗效果。本文中设计、制造了～种螺旋折流孔板菱形翅片管换热器，并以柴油为工质，对这种新型换热器的传热与流阻性能进行实验研究。研究结果表明，在雷诺数3280≤Re≤12680范围内，相同雷诺数下这种新型换热器的壳侧传热膜系数与螺旋折流

3、孔板光滑管换热器相比提高了54％～108％，而流阻系数则降低了30％～5％，这是由于在这种换热器的壳侧，流体呈螺旋流动，面三维菱形翅片又可以提高流体湍动的结果。本文还根据实验数据进行回归分析，建立了可供工程应用参考的传热与流阻准数关联式。任何一种新型管壳式换热器的性能优劣必须从多方面来综合评价，本文中利用一个评价换热器强化传热性能的准则通式对螺旋折流孔板菱形翅片管换热器进行了综合性能评价。评价结果表明，该换热器的综合传热性能远优于螺旋折流孔板光滑管换热器，在高雷诺数下尤其适用。本文中设计、制造了一种空心环网板支

4、承菱形翅片管的新型油冷凝器，并以柴油蒸气为工质，对这种新型油冷凝器的冷凝传热性能进行了实验研究。研究结果表明，在实验范围内，相同热负荷下这种新型油冷凝器的总传热系数和壳侧冷凝传热膜系数分别比空心环光滑管冷凝器提高了49％～60％和58％～73％，具有较好的冷凝传热性能，而且由于钢制菱形翅片管的加工制造成本相对较低，应用于石油、化工等工业领域可降低设备一次性投资和运行能耗。根据菱形翅片管的结构及流动与冷凝传热的特性，本文提出将菱形翅片管外冷凝分为翅片段和光管段两部分，并对两部分分别进行流体流动与传热分析，建立了菱

5、形翅片管管外冷凝的准三维数学模型。华毫瑾工大学工学薅±学德论文本文对轴流式双壳稷缩放管管壳式换热器的液一液传热强化及流阻性能做了工娃纯试验，流体介质为三甲苯工作渡及水。这种新戳换热器的绪辆方式解决了液一液零壳程轴流式换燕器长校跑过大鞠问戆，链在合逶豹长径魄下{受入工韭纯应爝，满足工程要求，具有占地少的优点；并且由于采用了双面强化传热的缩放管柬，可对双侧流体同时强化，与传统的管壳式换热器相比，总传热系数掇高了43．7％；同时，瘫予暴瑗了炎疆毒蠢渡绝稳，袁铡匿辫穗毖传统按熬器降低了18％。荚键词：强化使热，管蠢式换

6、热器，竞程，菱形翅片管，数学模囊llABSTRACTItisofgreatimportancetoenhanceheattransferofshell--and-·tubeheatexchangertoimproveenergyefficiencyanddecreaseenergyconsumptioninindustries．Recently,enhancingheattransfertechniqueforshell·and-tubeheatexchangershasacquiredmuchdevelopm

7、entdomesticallyandoverseas，andiSdividedintotwodirections，oneofwhichisthedevelopmentofheattransferenhancedtube．andtheotheriSthedevelopmentofsllellstructure．Thusfar,thereArealtogethertensoftypesofheattrailsferenhancedtubesdevelopedbydomesticandoverseasresearch

8、ers．suchasallsortsofabnormalshapedtubesandfirmedtubes+Asforshellstructure，thereareimprovedstructuralformsfromtraditionalsegmentalbaffle，forexample，segmentalbaffles、vimoneormoreaddedparallelflowb